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

DECODER ET INTERPRETER TOUTE FORME DE REPRESENTATION DES CIRCUITS DE DISTRIBUTION DES ENERGIES MAINTENANCE INDUSTRIELLE Niveau IV CAFOC - GIP de l académie de Lyon - 39, rue Pierre Baizet - CP201-69336 Lyon cedex 09 04 72 80 51 53-04 78 47 27 11 - gipal-cafoc@ac-lyon.fr

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

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

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

2/ Lister les composants alimentés par le transformateur (Respecter l ordre d apparition dans les folios du dossier machine) H11 K02 H01 Q1 H02 KP031 KP032 H21 KM21 KM22 H22 KA1 KA2 HA1 HA2 KDET HP03 H3 KM3 H31 H4 KA3 HA3 3/ Compléter le tableau suivant permettant de réaliser une synthèse de ces composants (utiliser le dossier machine et le système réel consigné pour retrouver les informations manquantes) : Les cases grisées seront complétées plus tard Nbre Désignation Référence complète Puissance unitaire 12 Voyant AB 1870 3W 3 3 Contacteur moteur Contacteur auxiliaire LC1 D2501 B7 Bien préciser le code de la bobine CA 2 KN 22 B7 Bien préciser le code de la bobine 2 Relais statique ABR 1E18B 1 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 H01 - - - H4 HA3 KM21- KM22 KM3 K02 KA1 -KA2 KA3 - KDET Q1 KP031 KP032 4

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 B7 3 8.5 25.5 CA 2 KN 22 B7 3 4.5 13.5 ABR 1E18B 2 1.5 3 Bobine sur disjoncteur NS100N 1 4.5 4.5 RE5 RB110 BMTQ 2 1.5 3 Total puissance maintien Σ 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 3 49.5 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 (49.5 + 36 + 200) Puissance d appel P a = 228.4 VA 5

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 : 423 03 8/ Choix des protections du primaire du transformateur (DR 3) Préciser les types possibles de protection au primaire, ainsi que leur valeur : Désignation Type Calibre 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 133 04 gg 10 x 38 4 A Disjoncteur Référence Type de courbe Calibre Caractéristique 063 93 C 8 A Uni + neutre 6

10/ Utilisation des bornes de réglages (ici +15 V / - 15 V): Les bornes +15 V / - 15 V permettent d adapter le tension de sortie en fonction de la tension d alimentation. Plusieurs câblages sont réalisables sur le primaire du transformateur en fonction de la tension réelle. Réaliser les câblages et mesures demandées sur une platine, puis compléter le document. + 15 0V - 15 230V 400V 0V 24V Branchement du primaire Tension trouvée au secondaire Branchement entre +15 V et 230 V 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

5 - Documentation ressources : EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR1) Tableau des caractéristiques des bobines Volts 24 42 48 110 115 220 230 240 380 400 415 440 500 660 LC1-D09 D115 50 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 21 660 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 60 60 60 90 Cos ϕ 0,75 0,75 0,75 0,75 Bobine 50/60 Hz VA 70 70 70 100 Bobine de 50 Hz VA 7 7 7 7,5 Cos ϕ 0,3 0,3 0,3 0,3 Bobine 50/60 Hz VA 8 8 8 8,5 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 12 690 12 250 12 72 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 5 15 25 35 25 35 à 20 C et à Uc ouverture des contacts «O» Entre excitation bobine et ms 10 20 30 40 30 40 fermeture des contacts «F» Entre excitation bobine et -ouverture des contacts «F» -fermeture des contacts «O» ms ms 10 20 15 25 10 15 10 20 15 25 Temps maximal d immunité aux microcoupure ms 2 2 2 8

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 0,9 40 100 90 79 70 63 57 52 63 171 147 128 113 100 90 88 100 320 280 240 220 200 180 160 160 770 670 590 520 470 40 400 250 1000 860 760 680 610 560 520 400 1700 1500 1300 1200 1100 1100 940 630 1800 1600 1400 1300 1200 2600 1000 1000 4100 3600 3300 3000 2800 4100 2500 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 (280 + 45 + 250) = 460 VA à cos ϕ 0,5 9

EXTRAITS DU CATALOGUE SCHNEIDER (DR 3) Transformateur de commande et de signalisation monophasé Protections du primaire Transfo de commande et de sécurité Primaire : 230-400 V± 15 V Secondaire : 24 V Puissance en VA Selon IEC et CSA Selon UL Puissance instantanée admissible à cosϕ = 0.5 423 01 40 VA 40 80 423 02 63 VA 63 120 423 03 100 VA 100 260 423 04 160 VA 160 470 423 05 250 VA 230 670 423 06 400 VA 330 1200 423 08 630 VA 500 1400 423 11 1000 VA 500 3300 Transfo de commande et de séparation des circuits Primaire : 230-400 V± 15 V Secondaire : 48 V 423 21 40 VA 40 79 423 22 63 VA 63 122 423 23 100 VA 100 250 423 24 160 VA 160 550 423 25 250 VA 230 800 423 26 400 VA 330 1100 423 28 630 VA 500 1400 423 30 1000 VA 500 3300 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 40 1 1 1 1 1 63 1 2 1 1 1 1 100 1 3 1 1 2 1 160 1 6 2 1 2 1 1 250 2 6 3 1 3 2 1 400 4 10 6 2 6 2 2 630 6 16 6 4 10 3 2 6 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 24-48 V 115 V 230 V 230 V avec écran Transfo 423 01 423 21 424 01 424 21 424 21 424 61 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 423 02 423 22 424 02 424 22 424 42 424 62 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 423 03 423 23 424 03 424 23 424 43 424 63 Cartouche 133 04 133 02 133 04 133 02 133 01 133 94 133 94 Disjoncteur 063 93 063 89 063 91 063 89 063 88 063 86 063 86 Transfo 423 04 423 24 423 04 424 24 424 44 424 64 Cartouche 133 08 133 04 133 08 133 04 133 02 133 01 133 01 Disjoncteur 063 93 063 91 063 93 063 91 063 89 063 88 063 88 Transfo 423 05 423 25 424 05 424 25 424 45 424 65 Cartouche 133 10 133 06 133 10 133 06 133 02 133 01 133 01 Disjoncteur 063 94 063 92 063 94 063 92 063 89 063 88 063 88 10

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 063 86 0,5 1 063 68 1 1 063 88 1 1 063 69 2 1 063 89 2 1 063 70 3 1 063 90 3 1 063 72 6 1 063 91 4 1 063 74 10 1 063 92 6 1 063 76 16 1 063 93 8 1 063 77 20 1 063 94 10 1 063 78 25 1 063 95 13 1 063 79 32 1 063 96 16 1 063 80 40 1 063 97 20 1 063 81 50 1 063 98 25 1 063 82 63 1 063 99 32 1 063 83 80 1,5 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) 123 01 1 133 94 0,5 123 02 124 02 2 133 01 1 123 04 124 04 4 133 02 134 02 2 123 06 124 06 6 133 04 134 04 4 123 08 8 134 06 134 06 6 123 10 10 400 20 000 133 08 134 08 8 124 10 10 133 10 134 10 10 123 12 12 133 12 134 12 12 123 16 124 16 16 133 16 134 16 16 133 20 134 20 20 133 25 134 25 25 Tension ~ (Volts) Pouvoir de coupure (Amères) 500 100 000 11

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