Technologie des Systèmes Electriques - BTS MSP 1ère année

Technologie des Systèmes
Electriques
1ère année BTS MSP
CHAP.1 : PRODUCTION, TRANSPORT ET DISTRIBUTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
1
PRODUCTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
Produire de l’électricité, revient à convertir une source d’énergie (primaire) en électricité. Ces matières
premières peuvent être :
• combustible fossiles : charbon, pétrole ou gaz naturel ;
• minerai fissiles : uranium dont les atomes peuvent être cassés pour libérer de l'énergie ;
• renouvelables : chute d'eau, marée, vent, soleil, chaleur de la Terre ou biomasse
Comme le feu du temps des hommes préhistoriques, l'électricité a changé la vie de l'humanité. Les travaux
successifs des chercheurs ont permis d’obtenir artificiellement de l’énergie l'électricité grâce à des usines
appelées centrales électriques.
1.1 CENTRALES THERMIQUES A FLAMMES
Une centrale thermique à flamme produit de l'électricité à partir de la vapeur d'eau produite grâce à la
chaleur dégagée par la combustion d’un combustible.
Un combustible (charbon, fioul ou gaz) est brûlé dans une chaudière (1). La chaleur transforme de l’eau en
vapeur dans le bulbe (2). Cette vapeur entraîne une turbine couplée à un alternateur (3), qui génère
l’électricité. La vapeur turbinée est envoyée vers le condenseur (4), dans lequel circule de l’eau froide, la
vapeur reprend sa forme liquide. L’eau ainsi obtenue est récupérée et réinjecter dans la chaudière.
1.2 CENTRALES HYDRAULIQUES
Principe
Le principe est simple et repose sur la force de gravité. Il s’agit de transformer l’énergie potentielle de l’eau
retenue dans des réservoirs en énergie
mécanique au moyen d’une turbine, puis de
convertir cette énergie mécanique en Retenue d’eau
Barrage
électricité grâce à un alternateur.
Le barrage permet d’accumuler de l’eau en
quantité en formant un lac (1). Lorsque les
Alternateur
vannes sont ouvertes, l’eau s’engage dans une
Canalisation
forcée
conduite ou un chenal (2) qui la canalise vers
Galerie
la centrale. L’eau entraîne la rotation de la
Transformateur
turbine (3). La turbine entraîne l’alternateur
Hauteur
Turbine
(4) qui produit du courant électrique. Celui-ci
est redressé par un transformateur (5) avant
d’être transporté par les lignes à haute
tension. À la sortie de l’usine, l’eau rejoint la
rivière par le canal de fuite (6).
1
2
TRANSPORT DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
L’éloignement entre les lieux de production et les centres de consommation, l’irrégularité de cette
consommation et l’impossibilité de stocker l’énergie électrique (en régime alternatif) nécessitent un réseau
électrique capable de transporter l’électricité sur de grandes distances et la distribuer aux différents
utilisateurs.
L'électricité circule depuis le lieu où elle est fabriquée jusqu’à l’endroit où elle est consommée, par
l’intermédiaire d’un réseau de lignes électriques aériennes ou souterraines.
2.1 NECESSITE DE LA HT
L’utilisation de ces tensions élevées est liée à un objectif économique, car pour une puissance donnée, les
pertes en ligne (par effet Joule) sont inversement proportionnelles au carré de la tension :
𝐏 = 𝐊⁄ 𝟐 avec U = tension du réseau, K = une constante.
𝐔
Le réseau électrique comprend plusieurs types de tensions. Les caractéristiques de ces différentes lignes
sont regroupées ci-dessous :
Dénomination
HTB : Haute Tension B
U>50KV
HTA :
Haute
Tension
A
1KV<U<50KV
BTB :
Basse
Tension
B
500V<U<1KV
BTA :
Basse
Tension
A
50V<U<500V
TBT : Très Basse Tension U<50 V
Tension
33 kV- 20 kV
15 kV- 9 KV
Usage
Transport d'énergie électrique à longue distance et
international.
Transport d'énergie électrique distant, industries lourdes,
transport ferroviaire.
Transport d'énergie électrique, local, industries, PME,
services, commerces, alternateurs…
380 V, 230 V
Distribution d'énergie électrique, ménages, artisans.
12 ; 24 ; 50V
Protection des personnes
400 kV - 225 kV
90 kV- 63 kV
2.2 TRANSPORT
L’objectif du réseau est triple :
Une fonction de “transport” dont le but est d’acheminer l’électricité des centrales de production aux
grandes zones de consommation. L’alternateur produit une tension de l’ordre de 10 kV à 20 kV. Cette
tension est élevée à 90KV, 225KV ou 400KV dans un poste élévateur.
Une fonction “d’interconnexion” qui gère la répartition de l’offre en orientant la production en fonction de
la répartition géographique et temporelle de la demande. Plusieurs centres d’interconnexion sont nécessaires.
Ce réseau est également “interconnecté” avec les pays frontaliers (Burkina, Ghana… pour la Côte
d’Ivoire). En Côte d’Ivoire, le transport se fait en 225 kV et en 90 kV
Une fonction de “répartition” : il achemine l'énergie électrique des grandes régions de consommation vers
leurs centres de distribution régionaux ou locaux (agglomérations).
2.3 DISTRIBUTION
Le réseau de distribution adopte la moyenne tension (HTA) les niveaux de tension de 15 000 V et 33 000
V, et en basse tension (BTA) des niveaux de tension de 220 V et 380 V (ou 230 V et 400 V).
Il achemine l'énergie électrique des centres de distribution vers le client final : les petites et moyennes
entreprises, les villes, les grandes surfaces, les commerces, les maisons des particuliers…
Grâce à des postes de transformation, la HTB (90 000 ou 63 000 volts) est abaissée en Haute tension A
(HTA : 20 000 volts) ou Basse Tension (BT : 400 ou 230 volts).
2
Structure du transport et de la distribution
Production
10 à 20 KV
Poste de transformation
Transformateur élévateur
Tension : 90 ou 225 ou 400 kV
Centre d’interconnexion
Transport
Tension : 90 KV ; 63KV
9 ; 15 ; 20 ; 33 kV
Industrie
Ecole…
Distribution rurale :
230/400V
Distribution
Distribution urbaine
230/400 V
Les postes HTA/BT
Dès que la puissance demandée atteint 50 kVA, les entreprises industrielles ou tertiaires sont alimentées en
haute tension 20 kV (HTA). L’étendue de leur site fait qu’elles sont généralement amenées à réaliser un
réseau interne HTA. L’alimentation d’une installation électrique est effectuée avec un poste de
transformation HTA/BT qui est disposé au plus près des utilisateurs.
L’abonné livré en énergie électrique HTA (de 5 à 30 kV) peut choisir son schéma de liaison du neutre. Il
n’est pas limité en puissance et il bénéficie d’une tarification plus économique.
Le poste de transformation HTA/BT s’appelle aussi poste de livraison.
3
Les différents types de postes de livraison
On peut classer les postes HTA/BT en deux catégories.
➢ Les postes d’extérieur : puissances 25 – 50 – 100 kVA.
➢ Les postes d’intérieur : Les puissances sont comprises
100 et 1 250 kVA.
Structure d’un poste HTA/BT
Le poste de livraison comporte essentiellement de l’appareillage et
ou plusieurs transformateurs afin d’assurer les fonctions suivantes
➢ dérivation du courant sur le réseau ;
➢ protection du transformateur côté HT
entre
un
o transformation HTA/BT ;
o protection du transformateur côté BT ;
➢ comptage d’énergie.
Structure générale d’un poste HTA/BT.
Architectures de la distribution BT
D'usage général, c'est la plus employée en France. Elle peut être réalisée comme indiqué dans les figures cidessous :
Avantages : Seul le circuit en défaut est mis hors service. Localisation facile du défaut. Opération d'entretien
sans coupure générale.
Inconvénients : Un défaut au niveau des départs principaux affecte les niveaux des départs divisionnaires et
des départs terminaux.
4
TGBT
Tableau divisionnaire 1
Jeux de barres
Tableau terminal 1
2.4 LA CONTINUITE DE L'ENERGIE ELECTRIQUE
Souvent les installations électriques comportent des récepteurs dont il faut assurer l'alimentation même en
cas de coupure du réseau de distribution. C'est le cas pour les installations dont l'arrêt prolongé provoquerait
des pertes de production importantes ou la destruction de l'outil de travail ou bien encore des installations
informatiques.
Principe
(E.D.
5
CHAPITRE 2 : L’ARC ELECTRIQUE
1) DEFINITION
Un arc électrique est une étincelle électrique qui jaillit entre deux potentiels électriques différents.
2) FORMATION D’UN ARC ELECTRIQUE
2-1) Circonstances de la formation d’un arc électrique
La formation d’un arc électrique a lieu :
➢ généralement et normalement entre les contacts des appareils de coupure de courant électrique
(interrupteurs, contacteurs et disjoncteurs) lors de l’ouverture et de la fermeture des pôles de ceux-ci.
➢ particulièrement et anormalement entre deux organes sous tension mal isolés, dans les points de
connexion formant un mauvais contact, …
2-2) Etude expérimentale de la formation d’un arc électrique
2-2-1) Schéma de montage
Figure 1
2-2-2) Déroulement
a) A la mise sous tension
Les électrodes E1 et E2 sont en contact, l’ampèremètre mesure le courant dans le circuit, le voltmètre
indique une tension nulle aux bornes du contact.
b) A la séparation des électrodes
On observe la création d’un arc, puis l’ampèremètre passe à 0 (circuit coupé) et le voltmètre indique la
tension U (figure 2).
La valeur de la tension d’arc Uarc est donnée par une formule établie par Mme AYRTON comme suite :
- a : chute de tension aux électrodes
Uarc = a + bL avec - b : gradient de potentiel (V/mm)
- L : distance entre les électrodes (mm)
b

a
Figure 2
Figure 3
c) En répétant cette expérience
❖ Au ralenti, on constate que :
− dès que la séparation des électrodes (0,1 mm) s’établit une tension d’arc comprise entre 15 et 20V.
− en éloignant progressivement les électrodes, la tension indiquée par le voltmètre augmente
régulièrement, alors que l’intensité dans le circuit diminue jusqu’à s’annuler à l’extinction de l’arc.
❖ En faisant varier le courant I, on constate pour la même distance L, que l’arc électrique ne se produit
qu’à partir d’une certaines valeurs du courant I.
2-2-3) Conclusion
L’arc électrique résulte :
➢ de la circulation du courant électrique dans un gaz ;
➢ de l’ionisation de l’air ou du diélectrique provoquée par la distance très faible entre les deux contacts.
2-3) Facteurs favorisant la formation d’un arc électrique
2-3-1) Tension à couper
Plus la tension est élevée, plus la longueur de l’arc est plus importante. En haute tension l’arc peut atteindre
plusieurs mètres de longueur.
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2-3-2) Courant à couper
Pour une tension donnée, si l’intensité du courant dépasse une valeur appelée intensité critique d’arc, il y a
sûrement établissement d’un arc. Plus ce courant à couper est grand, plus l’arc est dense.
2-3-3) Nature du courant
Le courant continu est plus difficile à couper que le courant alternatif qui passe à zéro 100 fois par seconde.
2-3-4) Nature des électrodes (ou pôles)
Le tableau ci-après donne les tensions limites Uarc et les courants en dessous desquels il n’y a plus d’arc.
La chute de tension aux électrodes est directement liée aux matériaux et l’état de surface (facteur b).
MATERIAUX
Argent
Argent-palladium
Cuivre
I(A)
0,4
0,3
0,43
U(V)
12
11
13
MATERIAUX
Or
Tungstène
Platine
I(A)
0,38
1
0,9
U(V)
15
16
17
2-3-5) Nature du diélectrique
Si les qualités diélectriques de l’isolant placé entre les électrodes ne sont pas suffisantes, il y a conduction de
l’isolant. C’est par exemple le cas de l’ionisation de l’air.
En élevant la température des contacts, l’arc provoque l’évaporation du métal des électrodes.
Certains constructeurs, pour éviter l’ionisation du diélectrique, réalisent une coupure dans le vide. Cette
technique est utilisée par Siemens dans son appareillage type HT.
2-3-6) Distance entre les électrodes
Pour une distance trop faible, l’arc ne pourra s’éteindre et il y a destruction des contacts par fusion (c’est le
cas des mauvais contacts).
2-3-7) Vitesse de coupure
La vitesse lente de coupure favorise l’établissement d’un arc électrique.
3) TECHNIQUES D’EXTINCTION DE L’ARC ELECTRIQUE DANS LES APPAREILS DE COUPURE
DE COURANT
3-1) Coupure par rupture brusque
Cette technique emploie un système de séparation rapide des contacts lors des ouvertures (figure 1 /
DOCUMENT 1/1).
3-2) Coupure par fractionnement de l’arc
Le fractionnement de l’arc consiste à fragmenter l’arc en créant plusieurs points de coupure (figure 2 /
DOCUMENT 1/1).
3-3) Coupure par soufflage
Le soufflage consiste essentiellement à allonger l’arc en la déformant pour faciliter sa coupure.
Parmi les techniques de coupure par soufflage nous retenons :
➢ le soufflage par auto ventilation (figure 3 / DOCUMENT 1/1) ;
➢ le soufflage magnétique (figure 4 / DOCUMENT 1/1) ;
4) EFFETS DE L’ARC ELECTRIQUE
4-1) Effet calorifique
La température de l’arc, très élevée, de 2500 à 5000°C, a pour effets :
➢ l’évaporation des métaux des contacts ;
➢ la fusion du matériel entraînant le plus souvent les incendies.
4-2) Effet lumineux
L’arc électrique produit une lumière très intense qui est dangereuse pour l’œil nu.
5) APPLICATIONS
➢ L'importante chaleur dégagée par l'arc électrique est souvent utilisée dans des dispositifs spécifiques tels
que les fours à arc, utilisés pour fondre les matériaux résistant à la flamme. Ces fours peuvent
atteindre des températures de l'ordre de 2800°C.
➢ L'arc électrique est également utilisé dans les sources de lumière de grande intensité telles que les
lampes à décharges. La couleur de la lumière émise dépend du gaz dans lequel se produit la décharge.
Par exemple, elle est rouge pour du néon et blanche si le gaz est du xénon ou de l’air.
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ARC ELECTRIQUE
DOCUMENT : 1/1
0: Point commun
1: Contact “O”
2: Contact “F”
Figure 1 : contact 0 rupture brusque
Figure 2 : coupure fractionnement de l’arc
Figure 3 : Soufflage par auto ventilation
Figure 4 : Soufflage magnétique
Figure 5 : Soufflage et fractionnement de l’arc
Figure 6 : Soufflage magnétique et refroidissement de
l’arc
Figure 7 : synthèse des systèmes de soufflage dans l’air
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CHAPITRE 3 : L’APPAREILLAGE ELECTRIQUE BASSE TENSION
1. GENERALITES
La parfaite maîtrise de l’énergie électrique exige la possession de tous les moyens nécessaires à la
commande et au contrôle de la circulation du courant électrique dans les innombrables circuits qui vont de
la centrale de production jusqu’à la plus modeste utilisation terminale. Cette délicate mission incombe
fondamentalement à l’appareillage électrique (objet de notre étude).
Selon la Commission électrotechnique internationale (CEI), l'appareillage électrique est un terme général
applicable aux appareils de connexion, de commande, de mesure, de protection et de réglage.
Types
Appareille de
raccordement
ou de
connexion
Appareille de
commande
Appareille de
protection
Fonctions
Assure la liaison électrique entre deux ou
plusieurs systèmes conducteurs
Exemples
Bornes de raccordement,
sectionneurs, prises, douille....
Assure, en service normal, la mise "en et "hors"
tension d’une partie de l’installation.
Assure la protection des installations électrique
ainsi que des biens
Interrupteur, contacteur,
disjoncteur commandé…
Fusible, disjoncteur, relais
thermique...
Appareille de
réglage
Agit sur les grandeurs électriques
afin de les adapter à l’utilisation.
Appareils de
mesure
Permettent d’effectuer les mesures et le contrôle
des grandeurs électriques
Rhéostat, potentiomètre
inductance, condensateur dispositif
électronique...
Ampèremètre, voltmètre
fréquencemètre, oscilloscope.
La norme NF C 15-100 définit la manière de réaliser les circuits et le rôle que doit assurer l’appareillage.
Ainsi elle précise les fonctions de base obligatoires, dans un circuit électrique :
-
Le sectionnement : séparer et d’isoler un circuit de toute source d’alimentation électrique.
La
NF C15-100 impose la présence d’un tel dispositif à l’origine de toute installation et éventuellement à
chaque départ de circuit. Cette fonction de sectionnement est nécessaire à la sécurité du personnel
devant intervenir sur l’installation.
-
La commande : La commande est composée de la commande fonctionnelle et la coupure d’urgence.
Ces deux fonctions permettent à l’exploitant d’intervenir volontairement à des niveaux différents
d’une installation électrique, sur des circuits en charge.
-
La protection électrique du matériel et des personnes : Leur rôle est d’éviter ou de limiter les
conséquences destructrices des perturbations (surintensités, surtensions…) et de séparer la partie
défectueuse du reste de l’installation.
9
2. LE SECTIONNEUR
2.1 Fonction
Le sectionneur est un appareil mécanique de connexion capable d’ouvrir et de fermer un circuit à vide (le
courant qui parcourt est pratiquement nul).
Il assure la fonction « sectionnement ». C’est un organe de sécurité chargé d’isoler, par rapport au reste
du réseau, un ensemble de circuit, un appareil, une machine, une section de ligne ou de câble, afin de
permettre au personnel d’exploitation d’y accéder sans danger.
Présentation et Symbole :
Remarque :
Le sectionneur peut être considéré comme un appareil de connexion et/ou de raccordement. On l’appelle
"sectionneur porte fusibles". Ce dernier assure les fonctions d'isolement par le sectionneur et de
protection par les fusibles.
Nous pouvons retrouver cet appareil dans différents domaines de tension : BTA, BTB, HTA, HTB. Sa
forme et sa taille peuvent varier de façon vraiment significative.
Unipolaire
+ Neutre
Bipolaire
(Association)
2
2
4
2
Tube de
sectionnement
1
N
1
1
3
2.2 Différents types de sectionneur
2.2.1 Sectionneurs pour installations domestiques
C’est un sectionneur porte-fusible, il est unipolaire ou bipolaire. On les trouve généralement dans les
boîtes de répartition. Plusieurs blocs peuvent être associés. Dans l’emplacement du neutre, il faut mettre
une barrette ou un tube de sectionnement.
Unipolaire
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2.2.2 Les sectionneurs industriels BT
Il est obligatoire à l’origine de tout circuit et éventuellement à la tête de chaque départ d’une installation
industrielle BT (armoire électriques) et sous diverse formes (exemple :sectionneur-disjoncteur) mais joue
toujours le même rôle : le sectionnement.
a) Principaux organes et leurs rôles
❖ Contacts (ou pôles) principaux: assurer le sectionnement de l’installation.
❖ Contacts auxiliaires : éviter les manœuvres en charge du sectionneur.
En effet, ces contacts sont des contacts retardés à la fermeture et avancés à l’ouverture
afin d’assurer la fermeture du circuit de puissance avant celui de commande et inversement
à l’ouverture. On les appelle pour cela des contacts de pré-coupure.
❖ Poignée de commande : manœuvrer le sectionneur et le verrouiller (si possible) en
position d’ouverture par cadenas.
❖ Fusibles : protéger l’installation contre les surcharges et les courts-circuits et assurer la
connexion électrique entre la partie amont et la partie avale de l’installation.
b) Principales caractéristiques
❖ Tension d’emploi : c’est la tension maximale d’utilisation du sectionneur.
❖ Courant nominal (ou courant thermique) : c’est le courant maximal permanent
d’utilisation. Il est lié aux pôles principaux.
❖ Nombre de pôles : 3 ou 4.
❖ Nombre de contacts auxiliaires : 1 ou 2.
❖ Dispositif de Protection contre la Marche en Monophasé (DPMM) : sans ou avec.
❖ Nature de la commande : commande soit intérieure frontale ou latérale, soit extérieure.
❖ Taille de fusible acceptée : les tailles des cartouches cylindriques.
2.2.3
Les sectionneurs industriels HT
Dans les installations HT, l’on rencontre :
❖ sur les poteaux, des sectionneurs d’isolement ;
❖ dans les cellules de poste de transformation alimenté en HTA, des sectionneurs
interrupteurs et de mise à la terre.
a) Constitution générale
Les sectionneurs HT sont en général constitués :
❖ de 3 pôles (en 3 barres mécaniquement liées pour les sectionneurs d’isolement sur poteau et
en monobloc pour les sectionneurs interrupteurs et de mise à la terre) ;
❖ d’une poignée de manœuvre.
b) Principales caractéristiques
❖ Tension d’emploi : c’est la tension maximale d’utilisation du sectionneur.
❖ Courant nominal (ou courant thermique) : c’est le courant maximal permanent
d’utilisation.
❖ Nombre de pôles : 3.
❖ Nature de la commande : la manette de commande est intérieure ou extérieure et
cadenassable ou verrouillable.
11
SECTIONNEUR
2a
Figure 1 : Sectionneur domestique
(d’après Legrand)
DOC : 1/1
2b
Figures 2 : Sectionneurs industriels BT
Figures 3 : Sectionneurs industriels HT pour
poste de transformation alimenté en HTA
Figures 4 : Sectionneurs industriels HT
sur poteau
Figures 5 : Chronogramme de fonctionnement des contacts d’un sectionneur
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3. LE CONTACTEUR
3.1 Définition – fonction
UUn contacteur est un appareil électromagnétique de commande à distance destiné à établir ou
interrompre le passage du courant dans un circuit électrique. Il réalise les fonctions suivantes :
- Commande des récepteurs : le contacteur est capable de supporter et d’interrompre des
courants dans les conditions normales de fonctionnement du récepteur.
- Protège des chutes de tensions et des coupures de courant : le contacteur est un appareil
monostable. En cas de coupure de courant ou de tension, le contacteur s’ouvre et seule une
commande volontaire permet de le refermer.
Présentation et symbole :
3.2 Constitution :
Un contacteur est principalement constitué d’un électro-aimant et de contacts.
3.3 L’électro – aimant
L’électro-aimant est l’élément moteur du contacteur car c’est lui qui actionne les contacts. Un électroaimant est composé de deux organes : une bobine et un circuit magnétique.
a) Bobine
C’est le circuit électrique de l’électro-aimant. Elle peut être alimentée en courant continu ou en courant
alternatif.
b) Circuit magnétique
Le circuit magnétique d’un contacteur est fait en fer doux pour réduire les pertes par hystérésis. Il est
composé d’une partie fixe et d’une partie mobile.
Il existe des circuits magnétiques pour courant continu et des circuits magnétiques pour courant
alternatif.
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❖ Circuit magnétique pour courant continu
Le circuit est massif en courant continu. Lorsque le circuit magnétique est fermé, la puissance
magnétomotrice nécessaire au maintien dans cette position est plus faible. Cependant, l’intensité du
courant reste toujours la même dans la bobine ; ce qui peut provoquer à la longue un échauffement
exagéré.
Pour pallier à cet inconvénient, on utilise, lorsque le circuit magnétique est fermé, une résistance
limitatrice de courant appelée résistance économique (Re) que l’on place en série avec la bobine.
Exemple :
❖ Circuit magnétique pour courant alternatif
En courant alternatif, le circuit est feuilleté pour réduire les pertes par courants de Foucault.
Dans un électro-aimant alimenté en courant alternatif, le courant s’annule deux fois par période et la
force d’attraction s’annule aussi deux fois. Il en résulte des vibrations bruyantes qu’il faut supprimer ou
réduire. Pour réduire ce ronflement, on monte sur la partie fixe du circuit magnétique une bague en
cuivre appelée bague de déphasage ou encore spire de Frager. Cette bague permet de supprimer
l’annulation de la force d’attraction en divisant au point d’attraction le flux principal en deux flux
secondaires déphasés.
Exemple :
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Après l’interruption du courant, il subsiste un flux rémanent bien supérieur à celui nécessaire pour
maintenir le contacteur fermé. Pour réduire cette rémanence, on crée un entrefer dans le circuit
magnétique (0,75 mm environ).
Principe de fonctionnement de l’entrefer :
Fig 1 – Le contacteur est en position repos. La distance d’écartement des pôles et des circuits
magnétiques fixe et mobile est maximale.
Fig 2 – L’appareil est mis sous tension. Le circuit magnétique mobile se déplace vers le circuit
magnétique fixe en entraînant les pôles mobiles. Les pôles fixes et mobiles entrent en contact. À cet
instant il reste un entrefer dont la cote « e1 » s’appelle cote d’écrasement.
Fig 3 – Appareil sous tension. Le déplacement final du circuit magnétique mobile comprime les ressorts
des pôles mobiles afin d’obtenir une forte pression de ceux-ci sur les pôles fixes.
En fin de course il reste un entrefer « e2 » permettant d’éviter le maintien en position fermée par un flux
rémanent lors de la mise hors tension.
Remarque : En courant continu pour éviter les effets du flux rémanent dans l'électroaimant (collage de
l'armature mobile), le circuit magnétique comporte une rondelle ou cale en métal amagnétique placé à
l'extrémité du noyau (entrefer). Cette rondelle forme donc une anti-rémanence et permet le relâchement
rapide de l'armature mobile (dispositif anti rémanent).
3.4 Les contacts
Il existe deux types de contacts : les contacts principaux (ou pôles) et les contacts auxiliaires.
a) Contacts principaux
Ils sont chargés de la commande des circuits de puissance. Ces contacts ont un pouvoir de coupure très
élevé car ils sont équipés d’un dispositif de coupure d’arc.
b) Contacts auxiliaires
Ces contacts s’insèrent dans le circuit de commande, ils sont destinés à assurer l’auto-alimentation,
l’asservissement, les verrouillages, la signalisation des contacteurs dans l’équipement. Les contacts
auxiliaires sont des contacts à ouverture ou à fermeture (instantanés ou temporisés). Ils sont prévus pour
une intensité de 5 à 10A.
15
Fonctionnement des contacts auxiliaires :
3.5 Caractéristiques
a) Catégorie d’emploi
Les catégories d’emploi normalisées, fixent les valeurs de courants que le contacteur doit établir ou
couper. Elles dépendent :
➢ de la nature du courant ;
➢ de la nature du récepteur à commander ;
➢ des conditions dans lesquelles s’effectuent les fermetures et les ouvertures.
Les catégories d’emploi pour les contacteurs moteurs sont :
16
b) Nombre de pôles
Les contacteurs moteurs en possèdent trois (03) ou quatre (04). On dit qu’ils sont tripolaires (trois
pôles) ou tétrapolaires (4 pôles).
Les contacteurs auxiliaires ne possèdent pas de pôles.
c) Nombre de contacts auxiliaires
Certains contacteurs moteurs ne disposent pas de contacts auxiliaires. D’autres en disposent un (01) ou
deux (02).
Les contacteurs auxiliaires en possèdent quatre (04).
NB : Pour augmenter le nombre de contacts auxiliaires instantanés d’un contacteur, il faut lui adjoindre
un bloc additif instantané.
d) Tension nominale d’emploi
La tension nominale (Un) d’un contacteur est la tension maxi sous laquelle ce contacteur peut être utilisé.
C’est la tension entre phases pour un réseau triphasé.
Elle est définie pour une altitude (at) inférieure ou égale à 3000m.
e) Courant nominal d’emploi
C’est le courant d’utilisation en permanence. Il est défini pour une tension nominale d’emploi, une
catégorie d’emploi et pour une température inférieure ou égale à 40°C.
f) Facteur de marche
C’est le rapport (%) entre la durée (t) du passage du courant dans les pôles et la durée totale (T) d’un
cycle de manœuvre.
m (0 0) =
t
100
T
g) Cadence ou fréquence de manœuvre
C’est le nombre maximal de cycles de manœuvre (ouverture – fermeture) que peut effectuer un
contacteur pendant une (01) heure.
h) Endurance électrique ou durée de vie électrique
C’est le nombre moyen de cycles de manœuvre en charge que les pôles principaux peuvent effectuer sans
remplacement ou sans entretien
i) Le pouvoir de coupure
C’est la valeur efficace du courant que le contacteur peut couper sans détérioration qu’il ait excessive des
contacts.
j) Pouvoir assigné de fermeture
Il correspond à la valeur du courant que le contacteur peut établir dans des conditions de fermeture
spécifiées par la norme IEC.
17
Document 1 : structure d’un contacteur de puissance
18
Bloc de contacts auxiliaires instantanés
Certains types de ces contacts seront dits temporisés. En effet, dans certains cas il nous faudra avoir la
possibilité de temporiser une action au travail ou au repos de façon à permettre à notre équipement de
fonctionner convenablement. Par exemple, "Je ne pourrai pas faire cette action tant que la précédente ne
s'effectue pas depuis 5 secondes...." . Vous trouverez ci-dessous la photo d'un bloc de contacts auxiliaires
temporisés et leur principe de fonctionnement. Le symbole d'un contact temporisé est représenté grâce à
un "parachute".... Voir n'importe quel ouvrage de technologie...
Blocs de contacts auxiliaires temporisés
3.6 Caractéristique et choix :
Les caractéristiques d'un contacteur sont :
• la tension d'emploi assignée,
• courant d'emploi assigné,
• fréquence assignée,
• catégorie d'emploi,
• facteur de marche,
• fréquence de manœuvre,
• endurance électrique.
Le choix du contacteur sera lié aux variables d'entrée : tension du réseau, nature du courant, fréquence, et
au variables de sortie : nature du récepteur, puissance, durée de fonctionnement... Les constructeurs, à la
suite d'essais normalisés, ont établi des tableaux qui donnent directement les résultats. Une fois la
puissance du récepteur à commander déterminée, la catégorie d'emploi définie, la tension d'alimentation
choisie la lecture d'un tableau nous donne directement l'appareil à acheter.
19
4. LE RELAIS THERMIQUE
4.1 FONCTION
Les relais thermiques sont des appareils de protection destinés à la protection des installations électriques
Présentation
Symbole
contre les surcharges faibles et prolongées.
4.2 CONSTITUTION D’UN RELAIS THERMIQUE
Un relais thermique est essentiellement composé :
• d’un élément à bilames ;
• de contacts ;
• d’un mécanisme de commande des contacts.
4.3 DESCRIPTION D’UN RELAIS THERMIQUE
(Figure 2 DOCUMENT 1/1)
4.4 PRINCIPALES CARACTERISTIQUES
a) Plage de réglage
C’est l’intervalle d’intensités de courant dans laquelle le relais peut être calibré (ou réglé).
b) Courbe de fonctionnement
C’est la courbe représentant le temps de déclenchement en fonction des multiples de l’intensité de
réglage Ir. (Voir figure 6 DOCUMENT 1/1)
c) Classe de déclenchement
La classe de déclenchement définit la durée de déclenchement (ou de fonctionnement) du relais
thermique pour un courant de surcharge égal à 7,2.Ir.
Il existe deux (02) classes de déclenchement :
➢ la classe 10 : tf=10s pour 7,2.Ir ;
➢ la classe 20 : tf=20s pour 7,2.Ir.
d) Dispositif complémentaire de protection
En plus du déclencheur thermique, un relais thermique peut être muni d’un déclencheur
différentiel pour assurer la protection des récepteurs triphasés contre les déséquilibres de phases et
la coupure d’une phase. On parle alors de relais thermique différentiel.
REMARQUE :
Les relais thermiques fabriqués actuellement sont en général :
➢ tripolaires : ils s’utilisent donc en triphasé mais également en monophasé et en continu ;
➢ compensés : ils sont insensibles à la variation de la température ambiante.
20
4.5 FONCTIONNEMENT D’UN RELAIS THERMIQUE
a) Principe
Le fonctionnement du relais thermique est basé sur le principe du bilame. (Figure 3 DOCUMENT 1/1)
b) Explication
En fonctionnement normal, le courant de ligne est inférieur ou égal au courant de réglage du
relais (IL≤Ir). Ce courant entraîne tout de même un léger échauffement des bilames sans provoquer leur
déformation. Le mécanisme de commande des contacts n’est pas alors actionné et il n’y a pas de
déclenchement du relais. (Figure 4-a DOCUMENT 1/1)
En cas de défaut de surcharge, le courant de ligne est supérieur au courant de réglage du relais
(ILIr). Ce courant de surcharge entraîne un échauffement excessif des bilames ; provoquant ainsi une
déformation considérable de ceux-ci. Le mécanisme de commande des contacts est alors actionné par les
bilames et le relais déclenche. (Figure 4-b DOCUMENT 1/1)
NB : Le fonctionnement d’un relais thermique est retardé car la déformation des bilames n’est pas
instantanée. Un relais thermique ne peut donc pas assurer efficacement la protection des
installations contre les courts circuits.
21
RELAIS THERMIQUE
Figure 1 : Présentation d’un relais
thermique tripolaire
DOCUMENT : 1/2
Figure 2 : Vue éclatée d’un relais thermique tripolaire
(d’après Schneider Electric)
Bilame
a) Constitution d’un bilame
Un bilame est composé de deux lames minces dont l’une très peu
dilatable généralement en métal invar et l’autre très dilatable fait soit
en alliage ferronickel, soit en alliage fer-nickel-chrome ou nickelcuivre-manganèse.
Figure 3 : Schéma de principe du bilame
b) Principe du bilame
Lorsque deux lames, de coefficients de dilatation très différents sont
soudées l’une contre l’autre sur toute la longueur, toute augmentation
de température de l’ensemble détermine une dilatation différente des
deux lames, d’où incurvation de l’ensemble du bilame.
Figure 4-a : Fonctionnement normal
Figure 4-b : Défaut surcharge
Figures 4 : Schémas de principe de fonctionnement d’un relais thermique
Classe 10
•
•
•
•
•
•
•
1 : Bilame
2 : Axe isolant
3 : Bilame de compensation
4 : Bec
5 : Contact fixe
6 : Contact mobile
7 : Ressort de rappel
Figure 5 : Schéma de principe du relais thermique
compensé
1 Fonctionnement équilibré, 3 phases, sans passage préalable
du courant (à froid).
2 Fonctionnement sur les 2 phases, sans passage préalable du
courant (à froid).
3 Fonctionnement équilibré, 3 phases, avec passage prolongé
du courant de réglage (à chaud).
Figure 6 : Courbes de déclenchement des relais
thermiques tripolaires
22
5. LE COUPE-CIRCUIT A FUSIBLE
Fusible à corps carré
Fusible à couteaux
Fusible cylindrique
Fusible bouteille
Fusibles spéciaux
1) FONCTION
Un coupe-circuit à fusible (ou fusible) est un élément de protection dont la fonction est d’ouvrir par
la fusion, le circuit dans lequel il est inséré et d’interrompre le courant lorsque celui-ci dépasse
pendant un temps suffisant une valeur précisée.
Symbole :
2) DIFFERENTS TYPES DE FUSIBLE
Il existe différents types de fusible en fonction de la classe ou de la forme de la cartouche fusible.
2-1) Classes de fusible
Selon leurs usages, il existe deux (2) classes de fusibles. Ce sont : la classe gG (anciennement appelé gF
ou gП ou gI) et la classe aM.
a) Fusibles gG
Ce sont des fusibles à usage général.
Les fusibles gG sont destinés à la protection des lignes de distribution, des circuits d’éclairage et; des
circuits four contre les surcharges et les courts circuits.
b) Fusibles aM
Ces fusibles sont des fusibles à accompagnement moteur.
Ils sont conçus pour la protection des moteurs à courant alternatif et des transformateurs contre les
fortes surcharges et les courts circuits.
Avec les fusibles aM, la protection du récepteur (moteur ou transformateur) contre les faibles surcharges
doit être assurée par un dispositif à déclencheur thermique tels que le disjoncteur thermique et le relais
thermique.
2-2) Formes de cartouche fusible
Un coupe-circuit à fusible, qu’il soit gG ou aM, peut se présenter sous deux formes de cartouches : la
cartouche cylindrique et la cartouche à couteau (Voir fig 2 DOCUMENT 1/1).
3) CONSTITUTION GENERALE D’UN FUSIBLE
Un fusible est principalement constitué d’un élément fusible, d’un corps, d’une matière de
remplissage et des pièces de connexion.
3-1) Elément fusible
C’est le cœur du fusible. Il est sensible à la valeur efficace du courant. C’est de lui que dépendent les
caractéristiques électriques.
Réalisé en matériaux de très faible résistivité tels que l’argent, le cuivre et les alliages appropriés, il
se présente sous forme de fil ou de ruban de section réduite de sorte à pouvoir créer une zone de fusion
privilégiée.
3-2) Corps ou cartouche
En verre, en céramique ou d’autres matériaux, il doit répondre aux critères suivants :
• bonne résistance mécanique ;
• bonne conduction thermique ;
• bonne aptitude à supporter les chocs thermiques.
23
3-3) Matière de remplissage
Généralement en silice granuleuse, son rôle est d’absorber l’énergie de l’arc électrique et d’assurer
l’isolement après la coupure.
3-4) Pièces de connexion
Elles assurent principalement la liaison électrique entre le fusible et son support (porte-fusible,
sectionneur porte-fusibles,…). Mais, elles peuvent servir aussi d’élément de fixation sur le support.
Il est primordial d’assurer un très bon contact électrique afin d’éviter toute zone d’échauffement
préjudiciable au bon fonctionnement du fusible
4) PRINCIPALES CARACTERISTIQUES D’UN FUSIBLE
Les principales caractéristiques d’un fusible sont :
➢ la tension nominale (Un) : c’est la valeur maximale de tension sous laquelle le fusible peut être
utilisé.
➢ le courant nominal (In) : appelé encore calibre ou courant assigné, le courant nominal est la valeur
maximale de courant qui peut traverser indéfiniment le fusible sans provoquer la fusion de celui-ci.
➢ le courant conventionnel de non fusion (Inf) : c’est la valeur de l’intensité du courant qui peut être
supportée par un fusible pendant un temps conventionnel spécifié par la norme sans provoquer la
fusion.
➢ le courant conventionnel de fusion (If) : c’est la valeur de courant qui provoque la fusion du fusible
avant l’expiration du temps conventionnel spécifié par la norme.
➢ le pouvoir de coupure (pdc) : le pouvoir de coupure d’un fusible est la valeur maximale de courant
que peut couper ce fusible. Il s’exprime en KA et est supérieur ou égal à 10KA.
➢ la courbe de fonctionnement : C’est la courbe : t = f(I) .
➢ la forme de la cartouche : elle peut être de forme cylindrique ou à couteau ;
➢ la taille : elle détermine les dimensions du fusible.
5) FONCTIONNEMENT D’UN FUSIBLE
➢ En absence de défaut de surcharge ou de court-circuit, le courant qui traverse le fusible est inférieur
ou égal à son calibre (In). L’énergie dissipée par effet joule s’évacue alors sans provoquer la fusion de
l’élément fusible et l’équilibre thermique s’établit à une valeur ne provoquant ni vieillissement, ni
détérioration d’aucun élément.
➢ En cas de défaut de surcharge ou de court-circuit, le courant qui circule dans le fusible est nettement
supérieur à son calibre. L’équilibre thermique est rompu car l’élément fusible produit de la chaleur
que l’ensemble fusible ne peut évacuer. L’élément fusible fond alors, ouvrant ainsi le circuit et le
courant se coupe.
On distingue deux période pendant la fusion : la période de pré-arc (tp) et la période d’arc (ta).
(voir fig 6 DOCUMENT 1/1)
NB
La valeur de courant provoquant la fusion d’un fusible n’est pas précise. Les normes définissent alors
une plage de courants pouvant provoquer la fusion, appelé zone de fusion. Ainsi, pour un temps
conventionnel donné, des valeurs limites de courant de non fusion (Inf) ou de courant de fusion (If)
sont imposées aux constructeurs.
Figure 1 : Incertitude de la zone de fusion
Figure 2 : Tableau des valeurs de Inf et de If
24
FUSIBLE
Cartouche cylindrique
DOCUMENT : 1/2
Cartouche à couteau
Figure 3: Différentes formes de cartouche fusible
Figure 4: Constitution d’un fusible
Fusibles gG
Fusibles aM
Figure 5: Courbes de fonctionnement des fusibles
NB :
➢ La durée de la période de pré-arc dépend de la valeur du
courant de défaut et de la conception de l’élément fusible.
➢ Durant la période d’arc, l’énergie dissipée par l’arc fait
fondre la matière de remplissage qui « éteint » l’arc ; la
tension est alors rétablie aux bornes du fusible, le circuit est
bien coupé.
Figure 6 : Période de pré-arc (tp) et la période d’arc (ta)
25
6. LES DISJONCTEURS
1 – Définition
Un disjoncteur est un dispositif électromécanique de protection capable d'établir, de supporter et
d'interrompre des courants dans les conditions normales ou anormales d’un circuit électrique.
2 – Fonction
Le disjoncteur assure :
- La protection contre les surintensités (surcharge et court-circuit)
- La protection des personnes contre les dangers du courant électrique
- Le sectionnement.
Symboles :
3 – Constitution général
D’une manière générale, un disjoncteur comporte une manette, des pôles, un déclencheur (thermique
et magnétique), un système de coupure de l’arc électrique et un châssis qui supporte mécaniquement
l’ensemble.
En plus de ces organes, certains disjoncteurs sont munis d’un déclencheur différentiel à courant
résiduel et d’un déclencheur à minimum ou à maximum de tension.
4 – Caractéristiques
4.1 Courant nominal ou courant assigné (In)
Le courant nominal est la valeur maximale de courant que peut supporter indéfiniment un disjoncteur
sans échauffement anormal. On l’appelle aussi calibre du disjoncteur. C’est le courant nominal d’emploi
du déclencheur thermique.
4.2 Tension nominale ou tension assignée(Un)
C’est la tension maximale d’utilisation du disjoncteur.
4.3 Courant de fonctionnement ou courant magnétique(Im)
C’est le courant de fonctionnement du déclencheur magnétique. Le courant magnétique varie de 2,8 à
15.In selon le type de disjoncteur.
4.4 Pouvoir de coupure (pdc)
Le pouvoir de coupure est la plus grande valeur de l’intensité du courant de court-circuit qu’un
disjoncteur peut interrompre sous une tension donnée. Il s’exprime en kilo ampère (KA).
4.5 Nombre de pôles
En fonction du nombre de pôles, un disjoncteur peut être : unipolaire : (1 pôle) ; bipolaire (2 pôles) ;
tripolaire (3 pôles) ou tétrapolaire (4 pôles).
4.6 Type de commande
La commande d’un disjoncteur peut être manuelle ou automatique.
4.7 Type de courbe de fonctionnement
La courbe de fonctionnement d’un disjoncteur est l’association de la courbe de déclenchement du
déclencheur thermique et de celle du déclencheur magnétique.
26
Les différents types de courbes de fonctionnement sont les : courbes B, C, D.
Figure 1 : courbes de
fonctionnement
5 - Fonctionnement des protections
A l’apparition d’un défaut, le fonctionnement du disjoncteur est lié à la nature de ce défaut pour laquelle
il a été prévu :
5 – 1 Protection contre les surcharges
Elle est assurée par le déclencheur thermique qui peut détecter de faibles surcharges. Le principe de
fonctionnement est analogue à celui du relais thermique : la déformation d’un bilame chauffé par le
courant à contrôler déclenche la disjonction. Plus le courant est grand, plus la déformation du bilame est
rapide.
Fonctionnement
1 : en fonctionnement normal,
l’échauffement ne déforme pas le
bilame.
2 : une surcharge apparait, le
bilame se déforme, jusqu’à ouvrir
les contacts principaux. L’arc
électrique est soufflé.
3 : le courant est interrompu, le
bilame reprend sa forme initiale. Le
circuit reste ouvert, il faut le
réarmer.
1
2
3
27
5 – 2 Protection contre les courts-circuits
Elle est assurée par le déclencheur
magnétique. En cas de surintensité
brutale, l’armature mobile est
attirée
et
elle
commande
l’ouverture des contacts. Le
réglage s’effectue en diminuant
l’entrefer.
Fonctionnement
Figure 2 : déclencheur magnétique
1. En service normal, le courant nominal circulant dans la bobine, n'a pas assez d'influence
magnétique (induction magnétique) pour pouvoir attirer l'armature mobile fixée sur le contact
mobile, le circuit est fermé.
2. Quand une surintensité apparaît dans le circuit aval du disjoncteur, le courant de court-circuit
provoque une augmentation de l’aimantation de l'armature mobile qui est attirée par la bobine.
Cela a comme conséquence d'ouvrir le les contacts du disjoncteur. Il s’en suit un arc électrique.
3. Après la coupure de l’arc électrique, le courant est arrêté, les contacts restent ouverts.
1
2
3
5 – 3 Protection différentielle
Elle est assurée par un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR). Celui-ci protège les personnes
contre les contacts directs et indirects.
La sensibilité d’un DDR doit respecter la condition suivante : 𝑰∆𝒏 ≤ 𝑹𝑼𝑳 et la protection différentielle est
𝒎
assurée si I∆n/2 ≤ Id ≤ I∆n.
UL: tension limite de sécurité du local et Rm: Résistance des masses métalliques
28
Fonctionnement :
Dans
une
installation monophasée, si le courant
dans le conducteur de phase au départ
d'un circuit électrique est différent de
celui du conducteur neutre, c'est qu'il
y a Figure
une fuite.
6 : déclencheur différentiel
Ce courant de fuite génère un flux
dans la bobine de détection qui
provoquera le déclenchement du
disjoncteur.
29
CHAP.4 : DANGERS DU COURANT ELECTRIQUE ET PROTECTION DES
PERSONNES
I - DANGER DU COURANT ELECTRIQUE
1 – danger de l’électricité pour les appareils
Un courant électrique traversant un conducteur provoque une élévation de sa température : c’est l’effet
Joule.
Si le courant est trop important, alors l’augmentation de la température peut être fatale au circuit
électrique : le circuit « grille ».
2 – danger de l’électricité pour les personnes
Les effets physiologiques de l’électricité dépendent du courant et non de la tension. L’électrisation est le
passage du courant dans le corps humain. S’il entraine la mort, on parle d’électrocution.
C’est L'énergie absorbée par le corps en cas de choc électrique qui détermine l’importance des troubles.
Son expression est :W = R.IC2.t
✓ IC : courant circulant dans le corps
✓ R : résistance du corps
✓ t : temps de passage du courant dans le corps
De manière générale, le danger pour les personnes est lié aux chocs électriques qui se traduisent par des
contacts directs ou indirects
Tableau1 : Effets physiologique de l’électricité sur une personne
Intensité du courant traversant le corps humain
Effets physiologiques
0,5 mA
Sensations très faibles
10 mA
Contraction musculaire – tétanisation
30mA – 3min
Seuil de paralysie respiratoire
40 mA – 3s
Seuil de fibrillation cardiaque irréversible
50 mA – 1s
1A
Arrêt du cœur
30
3 - Paramètres influents Lors d’un choc
3-1-Courant de chocs
Le choc électrique se traduit par un ensemble d'effet patho-physiologiques, destructeurs des fonctions
organiques de la personne, lorsque son corps est traversé par un courant électrique dit courant de
chocs.
𝐈𝐧𝐭𝐞𝐧𝐬𝐢𝐭é 𝐝𝐮 𝐜𝐨𝐮𝐫𝐚𝐧𝐭 𝐝𝐞 𝐜𝐡𝐨𝐜 =
tension à laquelle la personne est soumise
Résistance électrique de la personne au passage du courant
Les dangers encourus par les personnes traversées par un courant électrique dépendent essentiellement de
son intensité et du temps de passage. Ce courant dépend de la tension de contact qui s'applique sur cette
personne, ainsi que de l'impédance rencontrée par ce courant lors de son cheminement au travers du
corps humain.
3-2- Facteurs spécifiques de la source électrique
✓ L’intensité d’un courant électrique. Il est responsable des dégâts corporels
✓ La tension : souvent le seul paramètre connu lors d’un accident électrique. La tension de contact
UC, et le courant IC sont liés par la relation UC = RC .IC.
3-3- Facteurs spécifiques à la personne et aux conditions externes.
✓ Le temps de contact : L'énergie absorbée est proportionnelle au temps pendant lequel le corps
est soumis au courant IC.
✓ La résistance ou impédance au passage du courant dépend des conditions de contact avec le
conducteur et de la résistance propre du corps.
✓ La nature du local (local humide ou sec)
✓ Nature du contact : contact direct ou contact indirect.
Tableau 2 : Temps de passage maximum et tensions de contact.
Tension de
Résistance électrique Courant traversant le
Temps de passage maximal
contact (V)
Rn (Ω)
corps (mA)
Tn (s)
50
1725
29
5
75
1625
46
0,6
100
1600
62
0,4
150
1555
97
0,28
230
1500
153
0,17
300
1480
203
0,12
400
1450
276
0,07
500
1430
350
0,04
Pour protéger l'utilisateur soumis à la tension de contact, le temps de passage du courant doit
être inférieur à Tn : on doit couper le courant dans un laps de temps déterminé.
31
II - PROTECTION DES PERSONNES
La notion de sécurité est synonyme d'absence de risques d'accidents. Dans une installation BT, la
protection des personnes doit être réalisée conformément à la norme NF C 15-100 et aux différents
décrets en vigueurs, selon les pays.
1-Protection contre les chocs électriques
1.1 Protection contre les Contact direct
Les risques de contacts directs sont essentiellement dû à l’imprudence de l’utilisateur, les mesures seront
surtout préventives (mesures passives) :
• L'isolation des parties actives du matériel électrique (gaine, cache bornes...).
• Barrières ou enveloppes de protection (coffrets ou armoires obturateur).
• Eloignement (ex.: lignes aériennes)
• Signalisation (danger de mort !)
• L'utilisation de la TBTS : 12 V, 25 V et 50 V en courant alternatif, et de 25 V, 50 V ou 120
V en continu.
• Utilisation de dispositif de coupure automatique
-
1-2- Protection contre les Contact indirect
Utilisation de la TBTS
Utilisation du matériel de classe II
Eloignement ou interposition d’obstacles
Mise à la terre des masses métalliques
Utilisation de dispositif de coupure automatique
2 – Tension limite de sécurité / tension de contact
Une tension est non dangereuse lorsque sa valeur limite supérieure UL est déterminée pour que le
maintien de tout contact accidentel, direct ou indirect, ne puisse provoquer chez la personne concernée,
un choc électrique préjudiciable à sa santé. Le danger du courant électrique est aussi fonction de sa durée
de passage.
Il a été établi des courbes de sécurités donnant le temps maximum de passage du courant en fonction de
la tension de défaut.
Il a été établi aussi des tableaux indiquant le temps de fonctionnement maximal du dispositif de
protection en fonction des tensions de contact.
3 – Les courbes de sécurité
La courbe de sécurité t= f(U) est tracée à partir :
- De la courbe de sécurité t = f(I) (donne la limite physiopathologique dangereuse)
- De la résistance du corps humain
- Des conditions de contact des personnes avec le potentiel de la terre.
La norme NF C 15-100 prend en compte tous ces facteurs et classe les locaux en 3 catégories suivant les
risques encourus.
Pour chacune des catégories, une courbe de sécurité t=f(U) est donnée.
A2 : locaux sans risques particuliers UL =50V
A3 : locaux à risques élevés (chantier) UL =25V
A4 : locaux à risques très élevés (salle d’eau) UL = 12V
UL = tension limite de sécurité pouvant être appliquée en permanence sans risques particulier pour les
personnes.
32
Pour assurer la protection des personnes, il faut que les dispositifs de protection aient une courbe de
déclenchement soit à gauche, soit sur la courbe de sécurité.
33
CHAPITRE 5 : LES REGIMES DE NEUTRE
1) GENERALITES
o Une distribution d'énergie électrique est caractérisée par la nature du courant, le nombre de
conducteurs actifs et les liaisons entre le conducteur neutre, les masses et la terre, c'est ce que l'on
appelle les régimes de neutre.
o Les dispositions prises permettant d'assurer la protection des personnes contre les contacts
indirects par coupure automatique de 1'alimentation dépendent du type de régime de neutre.
2) CODIFICATION DES REGIMES DE NEUTRE
La norme C.15-100 définit trois régimes de neutre qui sont caractérisés par deux lettres :
➢ 1ère lettre : elle représente la situation du neutre de l'alimentation par rapport à la terre
- T : liaison du neutre avec la terre.
- I : isolation de toutes les parties actives par rapport à la terre, ou liaison à travers une
impédance.
➢ 2ème lettre : elle représente la situation des masses de l'installation par rapport à la terre
- T : masses reliées directement à la terre ;
- N : masses reliées au neutre de l'installation, lui-même relié à la terre.
➢ Autres lettres éventuelles : elles représentent la disposition du conducteur neutre et du
conducteur de protection.
- S (séparé) : on dispose de deux conducteurs séparés. Le conducteur neutre (N) est séparé du
conducteur de protection électrique (PE).
- C (commun) : les fonctions neutres et protections sont combinées en un seul conducteur (PEN).
3) REGIME TT
3-1)
Etude d’un défaut d’isolement
a) Schéma équivalent du défaut
La mise accidentelle sous tension d’une masse provoque un courant de défaut Id (ou courant de fuite If)
qui circule en passant par les résistances RC , RU et RN.
•
•
RC: résistance totale des conducteurs de la lignes.
Rc est très faible devant RN et RU
RN et RU : résistances des prises de terre.
34
b) Calcul du courant de défaut Id et de la tension de contact UC
La loi des mailles nous donne : V − R C I d − R U I d − R N I d = 0  I d ( R C + R U + R N ) = V 
V
V
or RC est très faible devant RN et RU ; on peut donc écricre : I d =
RU + RN
Rc + RU + RN
Une personne touchant à la masse sera soumise à une tension appelé tension de contact (UC) :
V  RU
UC = R U Id  Uc =
RU + RN
Id =
Exemple : V=230V ; RU=15 et RN=30
230  15
UC =
 UC = 76,66V
15 + 30
Cette valeur de la tension UC est dangereuse pour les utilisateurs car elle est plus grande que les tensions
limites de sécurité UL.
3-2) Technique d’exploitation
La technique d’exploitation du régime TT est donc : ……………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………….
3-3) Technique de protection des personnes
Elle est réalisée par …………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………
Conditions d’une bonne protection :
✓ En présence ou pas d’un DDR, il faut U C  U L
✓ Pour que le DDR réagisse en cas de défaut, il faut que son seuil de réglage (sensibilité) (In) soit
inférieur ou égal au courant de défaut Id. : I Δn  I d
Ainsi, connaissant RU et UL, on pourra déterminer la sensibilité du DDR :
On a :
I Δn  I d 
UC

or, U C  U L . En prenant la valeur maxi de UC, c'est-à-dire
U C   I Δn 
R
Id =
U
RU 

UC=UL, on obtient : I Δn 
UL
RU
Exercices d’application :
Exercice 1 :
Une entreprise dont le régime de neutre correspond au schéma de liaison à la terre
T T, installe des machines dans un atelier alimenté en 230/400 V. La protection des machines est
effectuée par des disjoncteurs différentiels de 30 A/500 mA.
1 Une phase de la machine 1 touche la masse avec une résistance de contact de 4. Quel est le courant
de fuite ? A quelle tension est soumise la personne qui touche la machine ? Le disjoncteur F1 déclenchet-il ? Pourquoi ?
35
230/400 V, 50 Hz
F2
F1
PE
n°1 4 
10 
n°2
30 
2 La machine n°2 n'est pas reliée à la terre, le fil de phase entre en contact accidentellement avec la
masse de la machine .
Quel est le courant de fuite ?
Quelle est la tension de contact ?
Le disjoncteur F2 déclenche-t-il ? Pourquoi ?
Exercice 2 :
230/400 V, 50 Hz
Q1
In=30mA
Q2
30 
Ru=50 
In=650mA
Q3
270 
Local 1 mouillé
Local 2 sec
Une installation électrique est représentée de façon simplifiée par le schéma ci-dessus. Rappeler les
36
Une installation électrique est représentée de façon simplifiée par le schéma ci-dessus. Rappeler les
tensions limites correspondant aux locaux 1 et 2.
Si Q1 et Q3 sont fermés et Q2 ouvert :
1 Un défaut d'isolement apparaît dans le récepteur situé dans le local 2. Quelle est la tension de contact ?
Une personne en contact avec la masse de ce récepteur serait-elle en danger ? Pourquoi ?
2 Le défaut d'isolement du récepteur du local 2 persistant, une personne se lave les mains dans le local 1.
Est-elle en danger ? Pourquoi ?
3 Déterminer la nouvelle valeur R'u de la résistance Ru qui permettrait de supprimer le danger.
4) REGIME TN
4-1) Etude d’un défaut d’isolement
a) Schéma équivalent du défaut
A la mise sous tension accidentelle de la masse d’un récepteur, il se produit un courant de défaut Id. Dans
les deux cas de régime TN (TNC ou TNS), le courant Id n’est limité que par les impédances des lignes et
de la source. Le défaut est alors assimulable à un défaut de court circuit.
On obtient le schéma suivant :
b) Calcul de la tension de contact UC
La loi des mailles donne : V − R ph Id − R pe Id = 0  Id (R ph + R pe ) = V  Id =
Or V’=0,8xV  I d =
On a :
UC = R pe  Id ou
V
R ph + R pe
0,8  V
R ph + R pe
UC =
0,8  V  R pe
R ph + R pe
37
Hypothèses
• Lorsqu’il se produit un court circuit dans une installation électrique, la tension aux bornes du
transformateur chute en prenant une valeur V’ sensiblement égale à 0,8 de la valeur nominale de
la tension secondaire V.
• On néglige les réactances des conducteurs devant les résistances. Les impédances Z des lignes se
réduisent alors en des résistances R.
Soit Rph la résistance d’un conducteur de phase et Rpe la résistance du conducteur de protection PE
ou PEN
• Le conducteur de protection chemine à côté des conducteurs de phase correspondants. Ainsi, on
considère que la longueur du conducteur de phase est égale à celle du conducteur de protection.
Exemple :
Ligne réalisée à l’aide d’un câble H07 RNF4 G 35 mm2 ; L=45m
Installation alimentée par un transformateur délivrant une tension nominale V=230V
Solution
L’âme des conducteurs du câble est en cuivre.
Le conducteur de phase et le conducteur de protection constitue le même câble. Ils ont donc les mêmes
ρ  L 0,0225  45
dimensions L et S.  R ph = R pe =
=
= 0,029 Ω
S
35
0,8  230
Id =
= 3180,247 A
UC = 0,029  3180,247 = 92 V
0,029 + 0,029
Id est très grand comme un courant de court circuit. Il est donc dangereux pour le matériel.
UC est grande que les tensions limites de sécurité. Elle est donc dangereuse pour les usagers.
4-2) Technique d’exploitation
………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
4-3) Technique de protection des personnes
Dans ce régime, la protection des personnes contre les contacts indirects nécessite :
✓ ………………………………………………………………………………………………………
................................................................................................................................................
✓ ………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
a) Condition de fonctionnement du disjoncteur ou fusible
Pour que le disjoncteur magnétique ou le fusible fonctionne, il faut : I d  I magn
(I f )
b) Contrôle par calcul de la protection contre les contacts indirects en fonction de la longueur
de la ligne
En gardant les mêmes hypothèses que pour l’étude d’un défaut d’isolement, on peut calculer, pour une
installation électrique, la longueur maximale (Lmax) pour laquelle la protection contre les contacts
indirects est assurée.
Ainsi, on démontre que : L max =
Il est aussi démontré que : UC =
0,8  V  Sph
ρ  (1 + m )  I magn (ou If )
0,8  V  m
et
1+ m
Id =
0,8  V  Sph
ρ  L  (1 + m )
38
5) REGIME IT
5-1) Etudes de défauts d’isolement
5-1-1) Défaut simple
On appelle défaut simple tout……………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………
a) Shéma équivalent
En cas de défaut d’isolement entre une phase et la masse d’un récepteur, il se produit un courant de
défaut Id qui circule dans le conducteur de phase, dans le conducteur de protection PE et dans
l’impédance ZS.
b) Calcul du courant Id et de la tension de contact UC
De la loi des mailles appliquée à ce schéma équivalent, on tire :
V
V  R pe
Id =
et
U C = R pe  Id =
R ph + R pe + ZS
R ph + R pe + ZS
En pratique et dans les normes :
✓ Rph et Rpe sont dans l’ordre du m alors que ZS vaut des K ;
✓ V est une basse tension ; donc au plus égale à 1000V (généralement égale à 127V-130V-220V230V).
Tout ce qui précède équivaut à dire que ZS est très grand devant Rph, Rpe et V. Or, pour le calcul de Id ou
de UC, ZS est au dénominateur ; ce qui entraîne que Id et UC tendent tous deux vers 0. C’est dire qu’il n’y
a pas de danger pour le matériel et pour les personnes.
Il n’est donc pas nécessaire de couper l’alimentation en cas d’un défaut simple, mais, il faut la signaler et
chercher à l’éliminer.
39
5-1-2) Défaut double
Il y a défaut double ………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………………………
a) Schéma équivalent du défaut
Que le défaut double survienne sur un même appareil ou sur deux appareils différents, nous nous
trouvons dans une situation de court circuit entre deux phases car, les masses sont interconnectées. Le
courant de défaut n’est limité que par les impédances des lignes et de la source.
En considérant que les impédances des lignes se réduisent en des résistances et qu’en court circuit, la
tension composée aux bornes de la source est U’=0,8xU, on obtient ce schéma suivant.
b) Calcul de Id et des tension de contact UC
A partir du schéma équivalent au défaut, on tire les relation suivantes :
Id =
0,8  U
R ph1 + R pe1 + R pe3 + R ph3
UC1 = R pe1  Id UC2 = R pe3  Id
UC3 = (R pe1 + Ppe3 )Id
Or, dans les normes, RN, Rph1, Rph2, Rph3, Rpe1, Rpe2 et Rpe3 sont toutes très petites. Ceci entraîne que Id est
très grand et que les tensions de contact UC1, UC2 et UC3 ne sont pas négligeables. Il y a alors danger de
court circuit. D’où la nécessité de couper l’alimentation par un dispositif de protection contre les
surintensités.
5-2) Technique d’exploitation
Pour l’exploitation de ce régime, il nous faut :
✓ …………………………………………………………………………………… (défaut simple) ;
✓ ………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
5-3) Technique de protection
Elle nécessite :
✓ ……………………………………………………………………………………………………….
✓ …………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
✓ ………………………………………………………………………………………………
................................................................................................................................................
40
a) Condition de fonctionnement du disjoncteur ou fusible
Pour que le disjoncteur magnétique ou le fusible fonctionne en cas de défaut double, il faut :
I d  I magn (I f )
b) Contrôle par calcul de la protection contre les contacts indirects en fonction de la longueur
de la ligne
Le principe est le même qu’en régime TN.
- Lorsque le conducteur neutre n’est pas distribué, on a :
Lmax =
0,8  U  Sph
2ρ(1 + m )Imagn (ou If )
avec U : Tension composée nominale
On peut aussi calculer les tensions de contact UC1 et UC2 par la relation : U C1 = U C2 = U C =
0,8  U  m
(1 + m )
-
Lorsque le conducteur neutre est distribué, on a :
0,8  V  SN
L max =
avec V : Tension simple nominale
2ρ(1 + m )I magn (ou If )
On peut aussi calculer les tensions de contact UC1 et UC2 par la relation : U C1 = U C2 = U C =
0,8  V  m
(1 + m )
41
CHAPITRE 6 : CONDUITS, CONDUCTEURS ET CABLES
1
MODE DE POSE
Le mode de pose indique la fixation ou le montage de la canalisation électrique. La canalisation peut être
montée sur des parois, dans le sol, sous l’eau…
Les différents modes de pose ont été codifiés en 9 classes.
Canalisation électrique =
Classe 0 : pose sous conduit.
Conducteurs + conduit
Classe 1 : pose des câbles à l’air libre.
Classe 2 : pose dans les vides de construction.
Classe 3 : pose dans les goulottes.
Classe 4 : pose dans les caniveaux.
Classe 5 : encastrement direct.
Classe 6 : pose enterrée.
Classe 7 : pose dans les moulures.
Montage ou fixation + Canalisation = Mode de pose
Classe 8 : pose immergée.
2
CONDUITS
On appelle conduit l’élément tubulaire non ouvrant permettant le passage des conducteurs et câbles.
Un conduit a pour rôle essentiel d’assurer une protection continue supplémentaire aux conducteurs et
câbles placés à l’intérieur, contre les influences externes.
2.1 CARACTERISTIQUES
Selon les matériaux utilisés, les conduits présentent les qualités de :
Conduit Câble et conducteur
- Résistances mécaniques (chocs, écrasements)
- Étanchéité (à l'eau, à la poussière)
- Non propagation de la flamme
De plus, ils doivent pourvoir être travaillés facilement et pouvoir être
encastrés dans les murs, ou enterrés dans le sol.
2.2 DESIGNATION
Les conduits sont désignés par un code de désignation de la CEI (commission Electrotechnique
Internationale), comprenant un ensemble de chiffres et de lettres. Elle reprend les caractéristiques des
canalisations, et comporte : chiffres, 3 ou 4 lettres, 4 chiffres
Codification du
diamètre
Référence ou diamètre extérieur en mm
16, 20, 25, 32, 40, 50, 63
Codification lettres
Matériau
Type
Aspect
I
Isolant R
Rigide L
Lisse
M
Métallique C
Cintrable A
Annelé
C
composite CT
Cintrable transversalement élastique
S
Souple
Codification des chiffres
Résistance à l'écrasement Résistance aux chocs
Température mini
d'utilisation
Très
+ 5 °C
1 Très léger
125 N 1
0,5 J 1
léger
2 Léger
320 N 2
Léger
1J 2
- 5 °C
3 Moyen
750 N 3
Moyen
2J 3
- 15 °C
4 Élevé
1250 N 4
Élevé
6J 4
- 25 °C
Très
-45 °C
5 Très élevé 4000 N 5
20 J 5
élevé
Température maxi
d'utilisation
1
60 °C
2
3
4
90 °C
105 °C
120 °C
5
150 °C
6
7
250 °C
400 °C
42
Exemple : Une désignation : 20 ICTL 3422
Ame
Matériaux isolant
Conducteur ou
câble
Référence :
Diamètre extérieur (20)
1er chiffre :
Résistance à
l’écrasement 3
(750N)
2ème lettre ou 2ème et 3ème lettre
Type (Cintrable Transparent
élastique)
20
I CT L 3
2er chiffre :
Résistance aux
chocs : 4 (6 J)
4
2ème ou 4ème lettre
Aspect : (Lisse)
2
2
2er chiffre :
Température
mini :
2 (-5°C)
2er chiffre :
Température
maxi :
2 (90°C)
2.3 CONDUITS USUELS
En général, on passe dans les conduits des conducteurs rigides H 07 V-U, H 07 VR, H 07 V-K, ou des
câbles unipolaires ou multipolaires.
Les caractéristiques et les emplois des conduits usuels sont donnés dans le tableau fournit page suivante
Désignation
Conduits usuels
Caractéristiques
Emplois
normalisée
IRL 3321
Tube en matières plastique
Utilisés aces les
Isolant Rigide
étanche et non propagateur de conducteurs des séries
Lisse
la
H07 V-U et U 100 R02V
flamme, sauf ICTA de
pour toutes les
ICA 3321
couleur
orange
installations intérieurs, en
Isolant Cintrable
Résistent à la corrosion
apparents ou en encastré,
Annelé
Facile
à
mettre
en
œuvre
et pendant la construction
ICTA 3422
dans les parois verticales
Isolant Cintrable Faible résistance
ou dans les éléments
Transversalement mécanique
préfabriqués ; interdit
élastique Annelé Température limite
d'emploi : -10°C à +60°C
dans
ICTA 3422
IP 44
les locaux à risques
d'explosion
ICTL 3421
Tubes en matière plastique
Encastrés dans des
Isolant
orange, propagateurs de la
matériaux réfractaires :
Transversalement flamme. IP44
plancher en béton
élastique Lisse
Tube en matière plastique
Peuvent être parfois
ICTL 3421
grise, non propagateur de la
encastrés, parfois
flamme. IP 44
apparents
CSA 4421
Tuyaux acier, non
Installations industrielles
Composite
propagateurs de la flamme.
avec parties mobiles ou
Souple
IP65
comportant de nombreux
Annelé
coudes
Identique avec en plus gaine
CSL 4421
extérieure isolante étanche.
IP65
MRL 5557
Tube acier, grande résistance
Installations industrielles,
Métallique
aux chocs. IP68
gros risques mécaniques
Rigide
Lisse
43
2.4 MISE EN ŒUVRE
Des conducteurs appartenant à des circuits différents peuvent emprunter un même conduit sous réserve
que tous les conducteurs soient isolés pour la tension assignée présente la plus élevée.
Les conduits, qu'ils soient de type cylindrique ou non, sont la plupart du temps utilisés pour passer des
conducteurs ou éventuellement des câbles mono ou multiconducteurs.
Afin que les conducteurs et câbles puissent être posés ou retirés facilement, on applique la règle suivante:
Section intérieur utile = 1/3 de la section utile
Conduits conformes à la norme
Section intérieure utile
(mm²)
ICA, ICTA,
IRL
ICTL
16
43
30
20
74
52
25
119
88
32
191
155
40
297
255
50
473
410
63
755
720
Exemple : passage dans un conduit de 3 circuits :
1 circuit 2 × 1,5 mm² → 17,1 mm² (2 × 8,55)
1 circuit 3 × 2,5 mm² → 35,7 mm² (3 × 11,90)
1 circuit 3 × 4 mm² → 45,6 mm² (3 × 11,90)
Section totale :
→ 98,4 mm²
Référence (diamètre) des conduits utilisables :
Référence (diamètre
extérieur en mm)
Section des conducteurs isolant compris
Section des conducteurs isolant compris
(mm²)
Section de
l’âme (mm²)
1,5
2,5
4
6
10
16
25
séries
H07 V-U ou
R
8,55
11,9
15,2
22,9
36,3
50,3
75,4
H07 V-K
9,5
13,85
18,5
31,2
45,4
60,8
95
→ ICA, ICTA, ICTL de 32 mm
→ IRL de 25 mm
2.5 CONDUITS PROFILES
Se sont des conduits non cylindrique, ouvrants et avec fermeture. Solution idéale pour réaliser des
installations évolutives (tertiaire, habitat), ils sont en posés en apparent. Ces conduits profilés en PVC
proposent des accessoires de
finitions (tés, angles, appareils
intégrés…). Ils permettent une mise
en œuvre simple sans avoir à
pratiquer des saignées.
On distingue
Les moulures
Les plinthes
Les goulottes
44
3 LES CONDUCTEURS ET LES CABLES
3.1 DEFINITIONS
Les conducteurs et les câbles assurent la transmission de l'énergie électrique et sa distribution. Il en existe
une très grande variété pour satisfaire à toutes les utilisations de l'électricité.
On distingue trois termes :
• Conducteur isolé : il désigne l’ensemble formé par une âme conductrice
Enveloppe isolante
entourée d'une enveloppe isolante.
On trouvera donc ces conducteurs exclusivement à l’intérieur de boitier électrique,
coffrets, ou sous canalisation électrique.
Ame
• Câble unipolaire (mono conducteur): c'est un conducteur isolé comportant,
éventuellement en plus :
o Un ou plusieurs bourrages
o Eventuellement une ou plusieurs gaines de protection mécanique
Conducteur
Isolant
Protection
mécanique
Ame
Isolant
Ame
Bourrage
Gaine de protection
• Câble multiconducteurs c'est un ensemble de conducteurs électriquement distincts mais
mécaniquement lié. Il comporte :
o plusieurs conducteurs isolés ;
o leur revêtement individuel éventuel ;
o la protection d’assemblage éventuelle ;
o le ou les revêtements de protection éventuels.
Assemblage
Protection
Gaine de protection
Bourrage
Conducteurs
Câbles unipolaires
Bourrage d’assemblage
Gaine d’assemblage et
de protection
Conducteurs isolés
3.2 CONSTITUTION
3.2.1 L’âme
L’âme est l’élément conducteur du courant électrique. C’est à travers elle que circulent les électrons.
Matière : Les âmes peuvent être en cuivre ou en aluminium
Section : L’âme conductrice doit présenter une résistivité très faible pour éviter les pertes 𝑑
par effet Joule. La valeur de l’intensité qui circule dans l’âme est fonction de la section
du conducteur.
Classes de souplesse : La souplesse du conducteur dépend principalement du nombre de
brins utilisés pour la réalisation de son âme.
Elle doit être assez souple pour suivre les tracés compliqués des canalisations.
3.2.2 Parties isolantes
Dans l’utilisation du conducteur électrique, il est nécessaire de le protéger par rapport à son
environnement mais aussi de préserver ses qualités de conducteur (détérioration de l’âme). L’on note
ainsi plusieurs types de protection :
Enveloppe isolant : C’est le premier isolant qui entoure le fil électrique.
45
Gaine de protection : Les caractéristiques mécaniques de l'enveloppe isolante ne sont pas toujours
suffisantes pour protéger le câble des influences externes. La deuxième protection assure la fonction de
protection du conducteur contre les agressions extérieures et d’assemblage. Elles doivent protéger les
conducteurs contre la présence d’eau, de poussières, les chocs mécaniques et la chaleur. Des degrés de
protection différente sont obtenus par l’emploi de matériaux plus ou moins résistant mécaniquement. Ce
type de conducteur est appelé câble.
V : gaine de
protection (PVC)
A : âme souple, classe2
câblée en aluminium
3.3 DESIGNATION DES CABLES ET CONDUCTEURS
La dénomination des conducteurs et câbles est définie par deux normes qui coexistent :
La norme européenne ou CENELEC (Comité Européen de Normalisation de l’Electrotechnique), dite
harmonisée et la norme française UTE (Union Technique de l’Électricité)
(Voir page suivante)
Exemples
Exemple 1 : U-1000 ARVFV
R : enveloppe
U : câble faisant l’objet d’une norme UTE
V : gaine d’étanchéité (PVC)
isolante (PR)
1 000 : tension nominale = 1 000 V
A : âme en aluminium
R : enveloppe isolante des conducteurs en
polyéthylène réticulé (PR)
V : gaine d’étanchéité en polychlorure de
vinyle (PVC)
F : revêtement métallique
F : revêtement métallique = feuillard d’acier
(2 feuillard acier nu)
V : gaine de protection en polychlorure de
vinyle (PVC)
Exemple 2 : U-1000 R2V 4G2,5
U : câble faisant l’objet d’une norme UTE
1 000 : tension nominale = 1 000 V
R : enveloppe isolante des conducteurs en polyéthylène réticulé (PR)
R: enveloppe isolante (PR) 2V : gaine de protection épaisse en polychlorure de vinyle
(PVC)
4G : 4 conducteurs dont le vert-et-jaune
2,5 : section en mm
Applications : dotés d’une gaine épaisse ces câbles sont
couramment utilisés dans les installations industrielles où ils
peuvent résister à des conditions d’utilisation sévères.
2V : gaine de
Ame
protection
rigide en
(PVC)
Exemple 3 : H07 V-U
cuivre
H : série harmonisée
07 : tension nominale = 450/750 V *
-U : âme rigide,
V : enveloppe isolante en PVC
massive, ronde en
-U : âme rigide, massive, ronde en
cuivre
cuivre
Applications : équipement des
circuits des locaux
d’habitation, bureaux…
V : enveloppe
isolante en PVC
Applications : dotés d’une gaine d’étanchéité et d’une armure, ces câbles sont une version renforcée des
câbles U-1000 R2V et U-1000 AR2V, ils peuvent être utilisés dans toutes les installations industrielles
nécessitant une protection mécanique.
46
3.3.1 Tableau comparatif
Désignation HAR CENELEC
Signification
Symbole
Série harmonisée
H
Série nationale reconnue
A
Série nationale autre
FR-N
300/300 V
03
300/500 V
05
450/750 V
07
0,6/1 kV
1
PVC
V
Caoutchouc vulcanisé
R
Polyéthylène réticulé
X
Ruban en acier ceinturant
D
les conducteurs
Z4
Armure en feuillard acier
PVC
V
Caoutchouc vulcanisé
R
Polyéthylène réticulé
N
Câbles rond
Rien
Câbles méplat "divisible"
H
Câble méplat "non
H6
divisible"
Cuivre absence de lettre
Rien
Aluminium
-A
Rigide, massive, ronde
-U*
Rigide, câblée, ronde
Rigide, câblée, sectorale
Rigide, massive, sectorale
Souple, classe 5pour
installation fixe
Souple, classe 5
Souple, classe 6
Souple pour soudure
Extra-souple pour soudure
-R*
-S*
-W*
-K
-F
-H
-D
-E
Désignation NF- USE
Symbole
Signification
Type de la
série
Tension
nominale
250
500
1000
250 V
500 V
1000 V
Souplesse et
nature de
l'âme
Rien
S
Ame rigide
Ame souple
Rien
A
Cuivre
Aluminium
C
R
V
Caoutchouc vulcanisé
Polyéthylène réticulé
Polychlorure de vinyle
G
O
Gaine vulcanisée
Aucun bourrage ou
bourrage ne formant pas
gaine
Gaine d'assemblage et de
protection formant
bourrage
Gaine de protection
épaisse
Enveloppe
isolante
Bourrage
1
Gaine de
protection
non
métallique
n=nb conducteurs, s=section
2
C
N
V
Revêtement
métallique
La désignation peut-être complétée par
l'indication éventuelle d'un conducteur
vert/jaune dans le câble:
Câble sans V/J: nXS
Câble avec V/J: nGS
Câble faisant l'objet
d'une norme UTE
U
Forme du
câble
Caoutchouc vulcanisé
Polychloroprène ou
équivalent
PVC
Gaine de plomb
P
F
Z
Feuillards acier
Zinc ou autre métal
Rien
M
Câble rond
Câble méplat
* pour les câbles à âmes en aluminium, le tire
précédant le symbole est à supprimer
47
CHAPITRE 7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
1 – Généralités
Dans une installation électrique, la section des conducteurs doit répondre essentiellement aux exigences
suivantes :
- assurer le transport du courant nominal de l’installation sans échauffement excessif ;
- ne pas provoquer des chutes de tension excessives ;
- permettre aux appareils de protection d’assurer la protection contre les surcharges et les courtscircuits.
Ainsi donc, dans le domaine de la protection contre les échauffements, les surcharges et les courtscircuits, c’est la section et la longueur du câble qui détermineront en grande partie le calibre du fusible ou
la taille du disjoncteur. Aussi, la section (du conducteur) choisie ne doit pas engendrer des chutes de
tension pouvant perturber l’installation.
2- Détermination de la section du conducteur
La section imposée par l’échauffement du câble en fonctionnement normal sera notée Sj tandis que la
section imposée par la chute de tension Sz.
C’est la valeur de l’intensité du courant admissible dans le conducteur qui nous permettra de déterminer
la section de celui-ci.
2 - 1- Le courant d’emploi (Ib)
Le courant d'emploi est le courant correspondant à la plus grande puissance transportée par le circuit en
service normal. Pour le déterminer, on utilise les relations suivantes selon le réseau employé :
P
U
-
Réseau continu : I =
-
Réseau monophasé alternatif : I =
-
P
U cos
P
Réseau triphasés alternatif : I =
3 U cos
ou
ou
Pu
U cos η
Pu
I=
3 U cos η
I=
2 - 2 - Le courant assigné du dispositif de protection In ou Ir
C’est la valeur maximale du courant que peut supporter en permanence le dispositif de protection sans
fonctionner. Dans le cas d’un fusible il s’agit du calibre. Pour un disjoncteur c’est le courant de réglage
(voir DOC 1).
2 - 3- Le courant admissible (Iz)
C'est le courant maximal que la canalisation peut véhiculer en permanence sans préjudice pour sa durée
de vie. En fonction du dispositif de protection Iz ≥ In ou Ir
Pour un disjoncteur Iz = In (disjoncteurs non réglable) ou Ir (disjoncteurs réglable)
Pour un Fusible : Iz = 1.31 x In si In ≤ 10 A
Iz = 1.21 x In si 10 A < In ≤ 25A
Iz = 1.10 x In si In > 25A
2 - 4 - Le courant admissible équivalent Iz’
Le courant admissible équivalent est la valeur du courant qui prend en compte l’environnement du câble.
Sa formule est : Iz’ = Iz / K
K est le produit de différents facteurs de correction :
✓ Facteurs de correction K1 et K4 (influence du mode de pose)
✓ Facteurs de correction K2 et K5 (influence mutuelle des circuits)
✓ Facteurs de correction K3 et K7 (influence de la température)
✓ Facteurs de correction K6 (influence de la nature du sol)
Pour une canalisation non enterrée : K = K1 x K2 x K3 (voir DOC 2)
Pour une canalisation enterrée : K = K4 x K5 x K6 x K7 (voir DOC 4)
48
Le courant admissible équivalent permet de déterminer la section Sj. Cette section Sj est celle qui prend
en compte l’échauffement du câble en fonctionnement normal. Pour la déterminer on utilise des tableaux
constructeurs.
3 - Vérification de la chute de tension en ligne ΔU
Ce contrôle permet de vérifier si la section Sj respecte la chute de tension maximale admissible pour une
longueur de ligne donnée. La norme NF C 15-100 impose que la chute de tension entre l’origine de
l’installation BT et tout point d’utilisation n’excède pas les valeurs du tableau ci-contre.
Chute de tension maximale
éclairage
autres
3%
5%
6%
8%
Type d’installation
Installation d’abonné BT
Installation d’abonné HT
Limites maximales de la chute de tension
3 - 1 - Calcul de la chute de tension
L’impédance Z des conducteurs sera assimilée à une résistance pour les sections inférieures à 50 mm²
𝑳
(l’inductance est donc négligée) : 𝒁 = 𝝆 × 𝑺 (en Ohms) avec L comme longueur en mètre (m), S est la
section en mm2 et 𝝆 la résistivité en Ohms × mm² par mètre.
Chute de tension (∆U)
Circuit
Monophasé : deux phases
Monophasé : phase et neutre
Triphasé équilibré
En volts
∆U= 2Ib (R.cos 𝜑 +X.sin 𝜑)L
∆U= 2Ib (R.cos 𝜑 +X.sin 𝜑)L
∆U= Ib √3 (R.cos 𝜑 +X.sin 𝜑)L
En %
100 ∆𝑈
𝑈𝑛
Tableau des formules usuelles pour le calcul de ∆U par km de câble
le déphasage 𝜑 du courant sur la tension dans le circuit considéré est généralement :
• éclairage : cos 𝜑 = 1
• force motrice : en démarrage : cos 𝜑 = 0,35 en service normal et cos 𝜑 = 0,8
R : résistance linéaire d’un conducteur en Ω/km,
-
𝟐𝟐,𝟓Ω.𝐦𝐦²/𝐤𝐦
•
R = 𝐒 (𝐬𝐞𝐜𝐢𝐨𝐧 𝐞𝐧 𝐦𝐦𝟐 ) pour le cuivre
•
R = 𝐒 (𝐬𝐞𝐜𝐢𝐨𝐧 𝐞𝐧 𝐦𝐦𝟐 ) pour l’aluminium
𝟑𝟔Ω.𝐦𝐦²/𝐤𝐦
X = 0,08 Ω/km en l’absence d’autre indication.
L : longueur du câble en km.
Remarque : lorsque que la chute de tension dépasse les valeurs indiquées par la norme, on choisira une
section de conducteur plus grande pour respecter les valeurs prescrites.
3 - 2 - Détermination de la chute de tension par tableau
Les calculs étant long et souvent difficile les constructeurs mettent à la disposition des utilisateurs des
tableaux qui facilitent la détermination de la chute de tension. Les tableaux utilisés dans ce cours
donnent avec une bonne approximation la chute de tension en fonction :
- du type d'utilisation : force motrice ou éclairage
- du type de câble : monophasé ou triphasé.
49
a) La chute de tension s'écrit alors : ΔU (volts) =
-
𝐋
𝟏𝟎𝟎
× K et ∆U% = 100 ∆U / Un
K : chute de tension dans 100 m de câble pour un réseau triphasé 400V entre phases (voir
DOC6),
L : longueur du câble en m,
Un : tension nominale entre phases.
b) La chute de tension s'écrit aussi : ΔU (volts) = K x IB x L et ∆U% = 100 ∆U / Un
K : chute de tension par volt/ampère /km dans un circuit (voir DOC 7),
IB : courant d'emploi en ampères,
L : longueur du câble en km,
Un : tension nominale entre phases.
La section Sz est la section qui respecte les normes de chute de tension pour une longueur de câble
données.
4 – Dimensionnement des conducteurs neutre SN et de protection SPE
4-1- Dimensionnement du conducteur neutre SN
La norme CEI 60364 § 524.2 et § 524.3 définit les critères de choix de la section du conducteur neutre.
Cette règle générale ne considère qu’une faible circulation de courant harmonique (inférieur à 15 %)
dans le réseau (cas de nos installations). Ainsi donc on choisira des sections de conducteurs neutres
égales à celles des conducteurs de phases.
4-2- Dimensionnement du conducteur de protection SPE
Les conducteurs PE assurent l’écoulement des courants de défaut à la terre dus à une rupture d’isolement entre une
partie sous tension et une masse.
La section du conducteur de protection SPE (de même nature que le conducteur de phase) en fonction de la
section des conducteurs de phase Sph sera :
Sph ≤ 16 mm2
→ SPE = Sph
2
16 < Sph ≤35 mm
→SPE = 16 mm2
Sph > 35 mm2
→SPE=Sph/2
Exercice d’application : Un moteur qui absorbe un courant de 59 A sous un réseau triphasé 230 V /400
V est alimentée par un câble tripolaire non enterré de 100 m avec âme en cuivre. Le câble est isolé au
PVC dans un conduit encastré dans des matériaux thermiquement isolant. La température ambiante est de
30o C.
Déterminez la section du câble pour une protection assurée par un fusible puis par un disjoncteur
domestique.
Résolution :
50
Chap.7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
Déterminer le courant d’emploi
Ib
Détermination du courant
assigné du dispositif de
protection In ou Ir
Condition
d’installation des
conducteurs
Choix du courant
admissible en fonction du
dispositif de protection Iz
≥ In ou Ir
Détermination de
la lettre de
sélection
Détermination du courant
admissible équivalent Iz’ = Iz
/K
Canalisations non enterrées
K = K1 x K2 x K3
Canalisations enterrées
K = K4 x K5 x K6 x K7
Détermination des
coefficients K1, K2,
K3, ou K4, K5, K6,
K7
Section minimale des
conducteurs de la canalisation:
Sj
Chute de tension correcte
on détermine la section Sz
In
In
Disjoncteur Iz = In ou
Ir
Fusible
Iz = 1.31 x In si In ≤ 10 A
Iz = 1.21 x In si 10A < In
≤25A
Iz = 1.10 x In si In > 25A
Chute de
tension
Vérification de la chute de tension en ligne
ΔU
✓ 3% pour les circuits d’éclairage
✓ 5% pour les autres utilisations.
Courants assigné normalisé des fusibles et disjoncteurs
Courants assigné normalisé des fusibles et disjoncteurs
Fusibles
Petits disjoncteurs
Fusibles
Petits disjoncteurs
I2
In
I2
In
I
I
I2
In
I2
In
k3 = 2
k3 = 2
1,45
1,45
6 11.4
7,9
125
200
138
6
6 11.4
7,9
125
200
138
6
8 15.2 10.5
160
256
176
8 15.2 10.5
160
256
176
10
19
13
200
320
220
10
10
19
13
200
320
220
10
12
21
14.5
250
400
275
13
12
21
14.5
250
400
275
13
16
25
19,4
315
504
347
16
16
25
19,4
315
504
347
16
20
35
24
400
640
440
20
20
35
24
400
640
440
20
25 43.2
30
500
800
550
25
25 43.2
30
500
800
550
25
32 51.2
35
630
1008
693
32
32 51.2
35
630
1008
693
32
40
64
44
800
1280
880
40
40
64
44
800
1280
880
40
50
80
55
1000
1600
1100
50
50
80
55
1000
1600
1100
50
63 101
69
63
63 101
69
63
80 128
88
80
80 128
88
80
100 160
110
100
100 160
110
100
✓ In : Courant nominal du dispositif de protection
✓ In : Courant nominal du dispositif de protection
✓ I2 : courant de fonctionnement du dispositif de protection
✓ k3 = facteur de correction des fusibles
1A BTS MSP
TSAE
ESSECT POINCARE
LYCEE TECHNIQUE
51
DOC 1
✓ I2 : courant de fonctionnement du dispositif de protection
Chap.7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
LETTRE DE SELECTION
Les
tableaux
ci-contre
permettent de déterminer la
section des conducteurs de
phase d’un circuit. Ils ne sont
utilisables que pour des
canalisations non enterrées.
Pour obtenir la section des
conducteurs de phase, il faut :
- déterminer une lettre de
sélection qui dépend du
conducteur utilisé et de son
mode de pose
- déterminer un coefficient K
qui caractérise l’influence des
différentes
conditions
d’installation.
Ce cœfficient K s’obtient en
multipliant les facteurs de
correction, K1, K2, K3, Kn et
Ks :
FACTEUR DE CORRECTION K1
FACTEUR DE CORRECTION K2
- le facteur de correction K1
prend en compte le mode de
pose
- le facteur de correction K2
prend en compte l’influence
mutuelle des circuits placés
côte à côte
Lorsque les câbles sont disposés en plusieurs couches, appliquer en plus un
facteur de correction de :
- le facteur de correction K3
- 0,80 pour deux couches
prend
en
compte
la
- 0,73 pour trois couches
température ambiante et la
- 0,70 pour quatre ou cinq couches.
nature de l’isolant
FACTEUR DE CORRECTION K3
1A BTS MSP
TSAE
ESSECT POINCARE
BOUAKE
DOC 2
52
Chap.7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
Détermination de la section minimale Connaissant l’z et K (l’z est le courant équivalent au courant véhiculé
par la canalisation : l’z = lz/K), le tableau ci-après indique la section à retenir.
Exercice : déterminer la section des conducteurs d’un câble polyéthylène réticulé (PR) triphasé + neutre (4e
circuit à calculer) est tiré sur un chemin de câbles perforé, jointivement avec 3 autres circuits constitués
d’un câble triphasé (1er circuit), de 3 câbles unipolaires (2e circuit) et de 6 câbles unipolaires (3e circuit).
Ce circuit est constitué de 2 conducteurs par phase. La température ambiante est de 40 °C et le câble
véhicule 58 ampères par phase.
53
1A BTS MSP
TSAE
ESSECT POINCARE
BOUAKE
DOC 3
Chap.7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
Les
tableaux
ci-contre
permettent de déterminer la
section des conducteurs de
phase d’un circuit. Pour des
canalisations
enterrées
et
protégées par disjoncteur.
Pour obtenir la section des
conducteurs de phase, il faut,
pour la lettre de sélection D
qui correspond aux câbles
enterrés :
- déterminer un coefficient K
qui caractérise l’influence des
différentes
conditions
d’installation. Ce coefficient K
s’obtient en multipliant les
facteurs de correction, K4, K5,
K6,K7, Kn et Ks :
LETTRE DE SELECTION D
La lettre de sélection D correspond à des câbles enterrés.
FACTEUR DE CORRECTION K4
FACTEUR DE CORRECTION K5
- le facteur de correction K4
prend en compte le mode de
pose
- le facteur de correction K5
prend en compte l’influence
mutuelle des circuits placés
côte à côte
- le facteur de correction K6
prend en compte l’influence de
la nature du sol
- le facteur de correction K7
prend
en
compte
la
température ambiante et la
nature de l’isolant
1A BTS MSP
FACTEUR DE CORRECTION K6
FACTEUR DE CORRECTION K7
TSAE
ESSECT POINCARE
BOUAKE
54
DOC 4
Chap.7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
Détermination de la section minimale Connaissant l’z et K (l’z est le courant équivalent au courant véhiculé
par la canalisation : l’z = lz/K), le tableau ci-après indique la section à retenir.
Exemple d’un circuit à calculer selon la méthode NF C15-100 § 52 GK 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.
La lettre de sélection est D, s’agissant de câbles enterrés. Les facteurs
de correction K4, K5, K6, K7 donnés par les tableaux correspondants
sont respectivement :
- K4 = 0,80 x 0,93 = 0,74
- K5 = 0,71 - K6 = 1,13 - K7 =
0,96.
Le coefficient total K = K4 x K5 x K6 x K7 est donc 0,74 x 0,71 x
1,13 x 0,96 soit : k = 0,57.
Détermination de la section On choisira une valeur normalisée de In juste supérieure à 58 A, soit In = 63 A.
Le courant admissible dans la canalisation est Iz = 63 A. L’intensité fictive l’z prenant en compte le
coefficient K est l’z = 63/0,57 = 110,5 A. Dans le tableau de choix des sections on choisit la valeur
immédiatement supérieure à 110,5 A, soit, ici :
- pour une section cuivre 113 A, ce qui correspond à une section de 16 mm2,
- pour une section aluminium 111 A, ce qui correspond à une section de 25 mm2.
1A BTS MSP
TSAE
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LYCEE TECHNIQUE
DOC 5 55
Chap.7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
Détermination des chutes de tension admissibles
1A BTS MSP
TSAE
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BOUAKE
56
DOC 6
Chap.7 : DETERMINATION DE LA SECTION DES CONDUCTEURS
Tableau présentant la chute de tension en volt/ampère/km dans un circuit :
Exemple d’application :
Exercice d’application : Un récepteur triphasé situé a 50 m du poste de distribution absorbe un courant de
77 A, il est alimenté par un câble U 1000R2V multipolaire non enterré a une température ambiante de 40
o
C. Le câble est posé sur chemin de câble perforé avec 7 autres circuits jointifs. Déterminez la section du
câble dans le cas où la protection est assurée par un fusible puis par un disjoncteur domestique. Réseau :
triphasé 240 V / 400 V
1A BTS MSP
TSAE
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BOUAKE
DOC 7
57
CHAPITRE 8 : CALCUL DES COURANTS DE COURT-CIRCUIT
1 – Définition d’un court-circuit
Le court-circuit : est un défaut d’impédance négligeable mettant en contact deux conducteurs de
potentiel différents. Les conséquences d’un court-circuit sont variables selon la nature et la durée des
défauts :
- La détérioration des isolants,
- la fusion des conducteurs,
- les incendies et danger pour les personnes,
- la déformation des jeux de barres,
- etc.
2 – Importance du calcul des courants de court-circuit
Il est indispensable de connaître la valeur des courants de court-circuit pour la conception d’un réseau ou
d’une installation électrique.
Pour choisir et régler convenablement les protections, deux valeurs du courant de court-circuit doivent
être connues :
• le courant maximal de court-circuit, juste en aval du dispositif de protection, qui détermine :
- le pouvoir de coupure (PdC) des disjoncteurs,
- la tenue électrodynamique des canalisations et de l’appareillage.
•
le courant minimal de court-circuit, en bout de ligne, indispensable au choix de la courbe de
déclenchement des disjoncteurs et des fusibles, ( Imag et Ifu ).
3 - Calcul des courants de court-circuit Icc par la méthode des impédances
Cette méthode revient à déterminer l’impédance totale de l’ensemble des constituants en amont du courtcircuit.
3 – 1 - Calcul du Icc selon les types de court-circuit
- Courant de court-circuit triphasé
C’est le défaut qui correspond à la réunion des trois phases. L’intensité de court-circuit Icc3 est :
𝐼𝑐𝑐3 =
𝑈20
√3𝑍𝑇
Avec U20 (tension composée entre phases) correspondant à la tension à vide du secondaire du transformateur, laquelle est
supérieure de 3 à 5 % à la tension aux bornes en charge.
- Court-circuit biphasé
Il correspond à un défaut entre deux phases, alimenté sous une tension composée U. L’intensité Icc2
débitée est alors inférieure à celle du défaut triphasé :
𝐼𝑐𝑐2 =
𝑈
√3
=
𝐼 = 0,86𝐼𝑐𝑐3
2𝑍
2 𝑐𝑐3
- Court-circuit monophasé
Il correspond à un défaut entre une phase et le neutre, alimenté sous une tension simple V. L’intensité
Icc1 débitée est alors :
𝐼𝑐𝑐1 =
𝑉
𝑎𝑣𝑒𝑐 𝑉 = 𝑈⁄
𝑍
√3
58
3 - 2 - Détermination des diverses impédances d’un réseau
La disposition d’un réseau de distribution de moyenne ou basse tension peut être généralisée selon le
schéma ci-après :
Dans cette méthode des impédances on additionne toutes les résistances R et toutes les réactances X du
circuit en amont du point de défaut considéré, puis on détermine Z par :
-
ZT (mΩ) = √𝑅𝑇2 + 𝑋𝑇2
Avec
RT = ΣR = somme des résistances en série,
XT = ΣX = somme des réactances en série.
- Réseau amont (doc1 tableau2 et 3)
L’impédance équivalente du réseau amont (Za ) ramenée au secondaire du transformateur HT/BT est :
𝑍𝑎 =
2
𝑈20
𝑆𝑐𝑐
La connaissance du réseau amont se limite alors généralement aux indications
fournies par le distributeur, à savoir uniquement la puissance de court-circuit
Scc (en MVA).
La résistance Ra peut être considérée comme négligeable devant la réactance
Xa (qui peut être confondue avec Za)
- Transformateur (doc1 tableau3)
L’impédance ZTR du transformateur se calcule à partir de la relation :
2
𝑈20
𝑍𝑇𝑅 =
∗ 𝑈𝑐𝑐
𝑆𝑛
𝐼𝑐𝑐 =
𝐼𝑛
𝑆
𝑎𝑣𝑒𝑐 𝐼𝑛 =
𝑈𝑐𝑐
√3𝑈20
U20 = tension composée à vide du transformateur,
Sn = puissance apparente du transformateur.
Ucc = tension de court-circuit Ucc exprimée en % : (Tension qu’il
faut appliquer au primaire du transformateur pour que le secondaire
soit parcouru par l’intensité nominale In, les bornes secondaires BT
étant court-circuitées).
La résistance se calcul à l’aide de la caractéristique Pcu (perte cuivre) du transformateur
Pcu = 3𝑅𝑇𝑅 𝐼𝑛2 = Pj des résistances des enroulements
La réactance se déduit de la relation
𝑃𝑐𝑢
𝑃𝑐𝑢
𝑅
=
=
2
2
𝑇𝑅
𝑋𝑇𝑅 = √𝑍𝑇𝑅 − 𝑅𝑇𝑅
3𝐼𝑛2
𝑆2
2
∗ 𝑈20
Lorsque seul un calcul approché est nécessaire on peut assimiler XTR à ZTR et négliger RTR.
59
- Disjoncteur
La résistance est négligeable, la réactance est prise égale à 0,15 mΩ
- Jeux de barres
La résistance d’un jeu de barre est généralement négligeable, sauf pour les faibles sections. La réactance
est prise égale à 0,15 mΩ/m. (Tableau 4)
- Les câbles
La résistance se calcul à l’aide de la formule : (tableau 1 et 4)
mΩ.mm2/m
ρ = résistivité
L = longueur en m de la canalisation
S = section des conducteurs en
mm2.
L
Rc = ρ ∗ S
Pour les sections inférieures à 50 mm2, on pourra négliger X.
En l’absence d’autres renseignements, on pourra prendre
-Xc = 0,08 mΩ/m (pour les câbles tripolaires)
-Xc = 0,1 à 0,2 mΩ/m (pour les câbles unipolaires)
- Moteur
Lors d’un court-circuit, un moteur se comporte comme un générateur débitant sur le défaut. On peut donc
en général négliger son influence en BT
Tableau résumé du calcul d’impédance ZT
Elément du réseau
Résistance R
Réseau amont
𝑅𝑎
= 0,15
𝑋𝑎
R peut être négligé par rapport à X
Réactance X
𝑃𝑐𝑢
3𝐼𝑛2
RTH souvent négligeable devant XTR
pour les transformateur de puissance
>à 100 kVA
Rd négligeable
Transformateur
Jeu de barres
Rb = ρ ∗ S
Rb négligeable pour S > 200mm2
Câble
Rc = ρ ∗ S
M
𝑈02
𝑆𝑐𝑐
2
2
𝑋𝑇𝑅 = √𝑍𝑇𝑅
− 𝑅𝑇𝑅
𝑅𝑇𝑅 =
Disjoncteur
Moteur
𝑋𝑎 = 𝑍𝑎 =
Avec
𝑈02
𝑍𝑇𝑅 =
∗ 𝑈𝑐𝑐
𝑆𝑛
Xd = 0,15mΩ
L
Xb = 0,15 mΩ/m
L
Câble tripolaire
Xc = 0,08 mΩ/m
Câble unipolaire
Xc = 0,1 à 0,2 mΩ/m
Xm souvent négligeable
Rm souvent négligeable
Tableau 4 : Valeurs de la réactance des câbles selon le mode de pose
60
Exemple de calcul de courant de court-circuit d’une installation
Eléments du réseau
Données
R (mΩ) X
RT
XT
(mΩ) (mΩ)
(mΩ)
Réseau amont
Scc =
500MVA
Transformateur
Câble
A
Disjoncteur
B
Jeu de barres
Câble
C
M
𝐼𝑐𝑐 =
𝑍𝑇 = √𝑅2𝑇 + 𝑋𝑇2
20kV/400V
Sn =
1250kVA
Ucc= 5,5%
Unipolaire
L = 6m de
cuivre
S = 4 x 240
mm2/phase
Rd
négligeable
𝑈0
√3.𝑍𝑇
IccA =
L = 12m
IccB=
Tripolaire
40m de
cuivre
S = 10mm2
IccC=
Circuit terminal
Tableau1 : valeur de la résistivité ρ des conducteurs
Scc
U0 (V) Ra (mΩ) Xa (mΩ)
250
237
0,033
0,222
MVA 410
0,1
0,700
500
237
0,017
0,111
MVA 410
0,050
0,350
Tableau2 : Impédance du réseau amont
ramenée au secondaire du transformateur
Puissance du
transformateur
HTA/BT(en
KVA)
Tension de courtcircuit Ucc (en
%)
≤
630
800
1000
1250
1600
4
4,5
5
5,5
6
Tableau 3 : Tension de court-circuit Ucc
normalisée pour les transformateurs HTA / BT
de distribution publique
61
4- Calcul des courants de court-circuit par la méthode des tableaux
4.1 Courants de court-circuit au secondaire du transformateur HT/BT
La valeur du courant de court-circuit au secondaire d'un transformateur est donnée par des tableaux (voir
ci-dessous) :
U20 est la tension à vide au secondaire du transformateur. En fonction de la puissance du transformateur
on peut lire la valeur du courant de court-circuit (Icc) au secondaire d'un transformateur.
4.2 Courants de court-circuit à l’extrémité d’un câble
On connaît désormais le courant de court-circuit en tête d'installation (c’est le ICC maximale). Il nous
faut maintenant déterminer le courant de court-circuit à l'extrémité d'un câble (dont on connaît sa
NATURE, sa SECTION et sa LONGUEUR), pour cela on utilise des tableaux simplifiés fournissant le
Icc AVAL en fonction du Icc AMONT.
Exemple :
62
63