DECODER ET INTERPRETER TOUTE FORME DE REPRESENTATION DES CIRCUITS DE DISTRIBUTION DES ENERGIES

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1 DECODER ET INTERPRETER TOUTE FORME DE REPRESENTATION DES CIRCUITS DE DISTRIBUTION DES ENERGIES MAINTENANCE INDUSTRIELLE Niveau IV CAFOC - GIP de l académie de Lyon - 39, rue Pierre Baizet - CP Lyon cedex gipal-cafoc@ac-lyon.fr

2 DECODER ET INTERPRETER TOUTE FORME DE REPRESENTATION DES CIRCUITS DE DISTRIBUTION DES ENERGIES PROBLEME PROFESSIONNEL : Etre capable de réaliser le dimensionnement d un transformateur et de réaliser le choix des protections OBJECTIF : Décoder et interpréter toute forme de représentation des circuits de distribution des énergies PRÉREQUIS : Connaissance sur le transformateur Savoir prendre des mesures de tension SÉCURITÉ : Toutes interventions dans l armoire électrique doivent se faire machine consignée Les câblages se font hors tension Les mesures se font avec du matériel en état (cordons, pointes de touche..) MATÉRIEL ET RESSOURCES NÉCESSAIRES : Système ECOLSAB + dossier technique Transformateur avec bornes de réglages + Platine de câblage Durée de la séquence : 4 heures Durée du module : 12 heures SOMMAIRE : A- Installation situation professionnelle. 1 - Installation problème professionnel 2 - Précautions à prendre 3 - Système support B- Réalisation apprentissage. 4 - Dossier apprentissage 5 - Documentation ressources C- Synthèse 6 - Synthèse D - Evaluation 7 - Evaluation éventuelle E - Correction 8 - Correction (sur un autre fichier pour le prof) Auteur : David SKOBE Version : Date et N Seul l auteur apporte des modifications. Ce pictogramme indique que cette activité nécessite une évaluation. Lorsqu il est présent, faites appel à votre formateur 1

3 PREPARATION Cette ressource vous propose d étudier les points suivants : Faire l inventaire des éléments alimentés par un transformateur Faire l inventaire des puissances de maintien et d appel des éléments Déterminer la puissance d appel du transformateur Déterminer le dimensionnement Déterminer les nouvelles protections à installer 1 Installation du problème professionnel : Sur le système ECOLSAB, le transformateur de commande T1 est hors service. Avant de le changer, le service maintenance désire vérifier le bon dimensionnement de ce transformateur et le calibrage éventuel des nouvelles protections à installer. L étude vous est confiée. 2 - Précautions à prendre : Toutes interventions dans l armoire électrique doivent se faire machine consignée Les câblages se font hors tension Les mesures se font avec du matériel en état (cordons, pointes de touche..) 3 - Support technique : Rappel sur le transformateur Le transformateur est un appareil permettant de transformer une tension en une autre tension. Il modifie uniquement la valeur mais pas sa nature (un courant alternatif reste alternatif). Il se compose de deux bobines de fil placées sur un axe ferromagnétique commun (noyau). Le courant entrant dans la première bobine (primaire) crée un champ magnétique qui produit un courant sortant (secondaire). Le rapport des tensions est égal au rapport des nombres de spires («tour») de chacune des bobines. Rapport de transformation = Nb de spires secondaire (Ns) / Nb de spires au primaire (Np) La puissance d un transformateur s exprime en VA (Volt-Ampère) ou en KVA. (On parle alors de puissance apparente). La formule de la puissance est : S = U x I. Attention, le transformateur est réversible : si on alimente le secondaire, on va créer une tension au primaire! 2

4 REALISATION APPRENTISSAGE 4 Dossier apprentissage : 1/ Localisation du transformateur étudié : Retrouver le transformateur T1 dans le dossier ECOLSAB, puis : Indiquer la tension au primaire : 230 Volt Indiquer la tension au secondaire : 24 Volt Indiquer la puissance apparente du transformateur : 160 VA Compléter les cases du cartouche ci-dessous : Entourer le transformateur sur le schéma : Le transformateur correspond aux caractéristiques relevées dans le dossier : OUI NON 3

5 2/ Lister les composants alimentés par le transformateur (Respecter l ordre d apparition dans les folios du dossier machine) H11 K02 H01 Q1 H02 KP031 KP032 H21 KM21 KM22 H22 KA1 KA2 HA1 HA2 KDET HP03 H3 KM3 H31 H4 KA3 HA3 3/ Compléter le tableau suivant permettant de réaliser une synthèse de ces composants (utiliser le dossier machine et le système réel consigné pour retrouver les informations manquantes) : Les cases grisées seront complétées plus tard Nbre Désignation Référence complète Puissance unitaire 12 Voyant AB W 3 3 Contacteur moteur Contacteur auxiliaire LC1 D2501 B7 Bien préciser le code de la bobine CA 2 KN 22 B7 Bien préciser le code de la bobine 2 Relais statique ABR 1E18B 1 2 Bobine de commande de disjoncteur Temporisation repos Sur disjoncteur NS100N RE5 RB110 BMTQ puissance d appel : 100 VA puissance de maintien : 8.5 VA puissance d appel : 30 VA puissance de maintien : 4.5 VA puissance de maintien : 1,5 VA puissance d appel : 200 VA puissance de maintien : 4.5 VA puissance de maintien : 1,5 VA Mnémonique H11 H H4 HA3 KM21- KM22 KM3 K02 KA1 -KA2 KA3 - KDET Q1 KP031 KP032 4

6 4/ Préciser la tension et la fréquence d alimentation des bobines des contacteurs : (voir Documents Ressources DR 1) Tension d alimentation : 24 Volt Fréquence d alimentation : 50/60 Hz 5/ Compléter les cases grisées du tableau Question 3 (voir DR 1) 6/ Réaliser l étude du dimensionnement du transformateur en suivant la démarche fournie (Lire attentivement le Document Ressource DR2 avant de débuter): a/ Déterminer la puissance d appel (P a ) : Rappel : P appel = 0.8 x (Σ P m + Σ P v + P a ) Calculer la somme des puissances de maintien (Σ P m ) des contacteurs, en complétant le tableau : Type Nombre Puissance de maintien Total LC1 D2501 B CA 2 KN 22 B ABR 1E18B Bobine sur disjoncteur NS100N RE5 RB110 BMTQ Total puissance maintien Σ P m = Calculer la puissance totale des voyants (Σ P v ) : Σ P v = nombre de voyant x Puissance d un voyant Σ P v = 12 x VA Total puissance voyant Σ P v = 36 VA Préciser la puissance d appel la plus élevée (P a ) : Puissance d appel Σ P a = 200 VA Faire le calcul de P appel : P appel = 0.8 x (Σ P m + Σ P v + P a ) P appel = 0.8 x ( ) Puissance d appel P a = VA 5

7 b/ Déterminer le dimensionnement du transformateur (DR 2) : (On prendra P appel = 230 VA) Ici, il s agit d un transformateur de commande donc cos φ = 0,5. Indiquer la puissance nominale en VA du transformateur à choisir: Puissance nominale : 100 VA c/ Comparaison avec le transformateur existant : La puissance du transformateur actuel est inférieure / supérieure - à la puissance nominale trouvée. Les caractéristiques du transformateur actuel - sont / ne sont pas suffisantes pour cette installation. Rayer les réponses inutiles Dans un soucis d économie, on va remplacer le transformateur existant par un transformateur de valeur plus faible (100 VA). On va effectuer le choix du nouveau transformateur. 7/ La puissance du transformateur de commande et de sécurité choisi est de 100 VA. Préciser la référence du matériel (DR 3) : Référence du transformateur choisi : / Choix des protections du primaire du transformateur (DR 3) Préciser les types possibles de protection au primaire, ainsi que leur valeur : Désignation Type Calibre 1 ère possibilité Cartouche Fusible am 1 A 2 ème possibilité Disjoncteur C 3 A 3 ème possibilité Disjoncteur D 1 A 9/ Choix des protections du secondaire du transformateur (DR 3&4) En vous aidant des extraits du Catalogue Legrand, compléter les tableaux : Cartouche Référence Type Taille Calibre fusible gg 10 x 38 4 A Disjoncteur Référence Type de courbe Calibre Caractéristique C 8 A Uni + neutre 6

8 10/ Utilisation des bornes de réglages (ici +15 V / - 15 V): Les bornes +15 V / - 15 V permettent d adapter le tension de sortie en fonction de la tension d alimentation. Plusieurs câblages sont réalisables sur le primaire du transformateur en fonction de la tension réelle. Réaliser les câblages et mesures demandées sur une platine, puis compléter le document V V 400V 0V 24V Branchement du primaire Tension trouvée au secondaire Branchement entre +15 V et 230 V Branchement entre 0 V et 230 V Branchement entre -15 V et 230 V Branchement entre +15 V et 400 V Branchement entre 0 V et 400 V Branchement entre -15 V et 400 V Environ 24.5 V Environ 26 V Environ 27.5 V Environ 25 V Environ 26 V Environ 27 V Si la tension d alimentation est : plus grande que 230 V ou 400 V, alors il faut se brancher sur la borne +15 V / 0 V / -15 V (Entourer la bonne réponse) égale à 230 V ou 400 V, alors il faut se brancher sur la borne +15 V / 0 V / -15 V (Entourer la bonne réponse) plus petite que 230 V ou 400 V, alors il faut se brancher sur la borne +15 V / 0 V / -15 V (Entourer la bonne réponse) 7

9 5 - Documentation ressources : EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR1) Tableau des caractéristiques des bobines Volts LC1-D09 D Hz B5 D5 E5 F5 FE5 M5 P5 U5 Q5 V5 N5 R5 S5 Y5 60 Hz B6 D6 E6 F6 M6 U6 Q6 R6 LC1-D09 D150 (bobines D115 et D150 antiparasitées d origine) 50/60 Hz B7 D7 E7 F7 FE7 M7 P7 U7 Q7 V7 N7 R7 Tableau des caractéristiques des contacteurs Contacteurs Contacteurs type LC1-D Circuit de commande en courant alternatif Type de contacteurs LC1-D09 LC1-D12 LC1-D18 LC1-D25 Caractéristiques du circuit de commande Tension assignée du circuit de commande (Uc) Limites de la tension de commande Bobines 50 ou 60 Hz Bobines 50/60 Hz Consommation moyenne à 20 C et à Uc 50 Hz 50 ou 60 Hz V De fonctionnement De retombée De fonctionnement De retombée Appel Maintien 0,8 1,1 Uc 0,3 0,6 Uc 0,85 1,1 Uc en 60 Hz 0,3 0,6 Uc Bobine de 50 Hz VA Cos ϕ 0,75 0,75 0,75 0,75 Bobine 50/60 Hz VA Bobine de 50 Hz VA ,5 Cos ϕ 0,3 0,3 0,3 0,3 Bobine 50/60 Hz VA ,5 Contacteurs Contacteurs type CA. -K Circuit de commande en courant alternatif Type de mini-contacteurs auxiliaires CA2-K CA3-K CA4-K Tension assignée du circuit de commande (Uc) V Limites de la tension de commande Pour fonctionnement 0,8 1,15 Uc 0,8 1,15 Uc 0,7 1,30 Uc Bobine mono-tension Pour déclenchement 0,20 Uc 0,10 Uc 0,10 Uc Consommation moyenne à 20 C et à Uc Appel Maintien 30 VA 4,5 VA 3 VA 3 VA 1,8 VA 1,8 VA Dissipation thermique W 1,3 3 1,8 Temps de fonctionnement Entre excitation bobine et ms à 20 C et à Uc ouverture des contacts «O» Entre excitation bobine et ms fermeture des contacts «F» Entre excitation bobine et -ouverture des contacts «F» -fermeture des contacts «O» ms ms Temps maximal d immunité aux microcoupure ms

10 EXTRAITS DU CATALOGUE LEGRAND (DR 2) Guide de choix d un transformateur Quel transformateur pour quel circuit? Chaque circuit a besoin d une puissance de transformateur spécifique : c est le dimensionnement. Mais, pour dimensionner un transformateur d équipement il ne suffit pas d additionner les puissances des circuits d utilisation, il faut également tenir compte de la puissance instantanée admissible (puissance d appel). Comment calculer la puissance et le dimensionnement d un transformateur? Pour un équipement comportant des automatismes, la puissance d un transformateur dépend : De la puissance maximale nécessaire à un instant donné (puissance d appel) De la puissance permanente absorbée par le circuit De la chute de tension Du facteur de puissance 1) Déterminer la puissance d appel 2) Déterminer le dimensionnement du transformateur Pour les transformateurs de commande en particulier, il suffit, à partir de la puissance d appel à cos ϕ 0,5 de lire le dimensionnement ci-dessous Puissance nominale Puissance instantanée admissible en VA avec cos ϕ de : en VA 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Une puissance d appel de 460 VA à cos ϕ 0,5 entraîne un dimensionnement minimal de 160 VA Pour déterminer la puissance d appel, nous tenon compte des hypothèses suivantes : Deux appels ne peuvent se produire en même tems Un facteur de puissance cos ϕ de 0,5 à l enclenchement 80 % des appareils au maximum sont alimentés en même temps De manière empirique et pour simplifier, cette puissance se calcule selon la formule suivante : P appel = 0.8 x (Σ P m + Σ P v + P a) Σ P m : somme de toutes les puissances de maintien des contacteurs Σ P v : somme de toutes les puissances des voyants P a : puissance d appel du plus gros contacteur Exemple : Une armoire des commande de machine-outil comportant : 10 contacteurs pou moteurs de 4 kw, puissance de maintien 8 VA 4 contacteurs pour moteurs 18,5 kw, puissance de maintien de 20 VA 1 contacteur pour moteur 45 kw, puissance de maintien 20 VA, puissance d appel 250 VA cos ϕ 0,5 25 relais de télécommande, puissance de maintien 4 VA 45 voyants de signalisation, consommation 1 VA Σ P m = 10 X 8 VA = 80 VA 4 x 20 VA = 80 VA 1 X 20 VA = 20 VA 25 X 4 VA = 100 VA 280 VA Σ P v = 45 X 1 VA = 45 VA P a = 250 VA P appel = 0,8 ( ) = 460 VA à cos ϕ 0,5 9

11 EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR 3) Transformateur de commande et de signalisation monophasé Protections du primaire Transfo de commande et de sécurité Primaire : V± 15 V Secondaire : 24 V Puissance en VA Selon IEC et CSA Selon UL Puissance instantanée admissible à cosϕ = VA VA VA VA VA VA VA VA Transfo de commande et de séparation des circuits Primaire : V± 15 V Secondaire : 48 V VA VA VA VA VA VA VA VA Puissance (VA) Cart. am 230 V mono 400 V mono 400 V Tri Disj. C Disj. D Cart. am Disj. C Disj. D Cart. am Disj. C Disj. D Transfos et protections associées P 40 VA 63 VA 100 VA 160 VA 250 VA U Protections au secondaire 24 V 48 V V 115 V 230 V 230 V avec écran Transfo Cartouche T 2 A L T 1 A L T 2 A L T 1 A L T 400 ma L T 200 ma L T 200 ma L Transfo Cartouche T 3,15 A L T 1,6 A L T 3,15 A L T1,6 A L T 630 ma L T 315 ma L T 315 ma L Transfo Cartouche Disjoncteur Transfo Cartouche Disjoncteur Transfo Cartouche Disjoncteur

12 EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR 4) Documentation disjoncteurs Courbe type C Uni + neutre 230 V ~ Intensité nominale (A) Nombre de module de 17,5 mm Documentation fusibles Courbe type C Unipolaire 230/400 V ~ Intensité nominale (A) Nombre de module de 17,5 mm , ,5 Cylindres type gg 8,5 x 31,5 10 x 38 Sans voyant Avec voyant Calibre (Ampère s) Tension ~ (Volts) Pouvoir de coupure (Ampères) Sans voyant Avec voyant Calibre (Ampère s) , Tension ~ (Volts) Pouvoir de coupure (Amères)

13 6/ FICHE DE SYNTHESE ETUDE DE DIMENSIONNEMENT D UN TRANSFORMATEUR Pour calculer la puissance d un transformateur, il faut : Déterminer les éléments alimentés par le transformateur Trouver les puissances d appel et de maintien des contacteurs et les puissances des voyants Réaliser le calcul : Pappel = 0.8 x (Σ Pm + Σ Pv + Pa) pour trouver la puissance d appel du transformateur Retrouver la puissance nominale du transformateur (tableau du catalogue LEGRAND) 12