L énergie électrique : distribution et installation 1 Production et distribution de l énergie électrique EDF produit 93% de l énergie électrique consommée en France : - 75% par les centrales nucléaires ; - 15% par les centrales hydrauliques ; - 10% par les centrales thermiques. Les zones de production sont éloignées des zones d utilisation, d où la nécessité d un transport et d une distribution. A puissance égale, les pertes lors du transport (essentiellement résistives dans les lignes) sont plus faibles si la tension est élevée, d où la nécessité de passer de tensions moyennes (production) à élevée (distribution) puis faible (utilisation), ce que seul un transformateur magnétique permet de réaliser simplement. La tension doit donc être alternative (ce qui facilité également la production par alternateur). Un système de tension polyphasé permet de réduire le volume des lignes de cuivre (donc le prix d installation et d entretien) nécessaire pour transporter l énergie électrique. Le système triphasé permet un bon compromis entre la complexité de l installation et le gain par rapport au monophasé. Remarque : les quelques notions théoriques sur le triphasé nécessaires à la compréhension de ce qui suit pourront être trouvées sur internet, par exemple : www.physique-appliquee.net/phyapp/triphase/cours_triphase.pdf 2 Protection des personnes Effet du courant alternatif sur le corps humain : - en dessous de 5 ma : pas d effets ressentis ; - de 10 à 20 ma : crispation musculaire ; - de 25 à 30 ma : risque d asphyxie ; - au-dessus de 50 ma : arrêt cardiaque, brûlures etc Deux types de contacts entre une personne et l installation : - contact direct avec une phase, une phase et le neutre, ou deux phases ; - contact indirect par l intermédiaire d une pièce métallique accidentellement sous tension. Solutions contre les contacts directs : - isolation des parties actives ; - utilisation de très basse tension de sécurité ou TBTS dans les zones à risques (par exemple 12 Veff dans les salles d eau et système de piscines). Solution contre les contacts indirects : - l action se fera au niveau du schéma de l installation par le choix d une mise à la terre (ou régime de neutre) adaptée : on peut par exemple envisager d isoler complètement les circuits, de sorte que le contact avec une phase, par l intermédiaire du défaut, soit sans conséquence pour l utilisateur. Cette solution devient impossible à mettre en œuvre sur des grandes surfaces d utilisation, aussi utilise t-on généralement la solution présentée au chapitre suivant: Denis Rabasté 1/7 IUFM Aix Marseille
2.1 Le régime de neutre TT C est le dispositif de protection le plus répandu pour l utilisation domestique. Dans ce type de fonctionnement, la terre sert de potentiel de référence et de protection. Sont relié à la terre : - le conducteur neutre (conducteur bleu) de l installation, au niveau du transformateur de distribution (et à cet endroit seulement), c est ce qu indique le premier «T» dans «régime TT» ; - le conducteur de protection PE (conducteur vert jaune), c est ce qu indique le second «T» dans «régime TT» ; - les parties métalliques des appareils de classe 1 (susceptibles de générer un contact indirect) par l intermédiaire du conducteur de protection. En fonctionnement normal, le courant circule par la ou les phases et le neutre. La somme algébrique des courants passant par les phases et le neutre est donc en permanence nulle. régime TT (extrait du site http://stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/regneutre.htm) En cas de défaut entre une phase et une partie métallique, un courant circule depuis la phase vers le neutre, mais cette fois via la terre par le conducteur de protection et les différentes résistances Rn et Ru inhérente à cette mise à la terre). La nullité de la somme des courants n est donc plus vérifiée. Dans ce type d installation, un interrupteur différentiel surveille en permanence la somme des courants entrants et sortants de l installation et ouvre le circuit dès que cette somme est supérieure à la valeur dangereuse (en général 30 ma). Ce dispositif est souvent désigné par le terme DDR pour Dispositif Différentiel à courant Résiduel. Généralement, la fonction disjoncteur (voir plus loin) est aussi assurée par le dispositif, on parle alors de disjoncteur différentiel. disjoncteur différentiel monophasé disjoncteur différentiel triphasé Denis Rabasté 2/7 IUFM Aix Marseille
3 Protection des appareils Protection contre les court-circuits et surintensités. Origine : - défaut d isolement entre deux phases ; - surcharge d un moteur ; - vieillissement de l appareil Risques : - destruction de l installation ; - incendies ; Types de surcharges : - lente due par exemple à un moteur entraînant une charge mécanique trop importante ; - rapide, comme par exemple un court circuit. Trois types d appareillage permettent d assurer la protection : les fusibles, les disjoncteurs magnétiques, les disjoncteurs thermiques. 3.1 Les fusibles L effet thermique du courant dans la résistance (R.I eff 2) d un conducteur provoque la fusion de celui-ci et l ouverture du circuit. Les fusibles se présentent généralement sous la forme d un cylindre (dans lequel se trouve l élément fusible proprement dit), de tailles très variables en fonction du courant qu ils doivent interrompre. Ils son placés dans un boîtier porte fusible ou dans un sectionneur. fusible faible ampérage fusible fort ampérage porte fusible pour installation domestique sectionneur porte fusible triphasé pour la commande de moteur de puissance Denis Rabasté 3/7 IUFM Aix Marseille
On distingue trois types de fusibles : - type gg (ou GI ou GL) : c est le fusible standard ; - type am : la fusion est retardée de manière à permettre le passage d un courant de démarrage (plus important que le courant nominal) pour les moteurs ; il doit être associé à une protection par relais magnétique ; - type «ultra rapide» afin d assurer la protection des semi-conducteurs ; Le constructeur fournit une courbe précisant le temps de déclenchement en fonction du courant. 3.2 Les disjoncteurs magnétiques Le disjoncteur est conçu de manière à ce que l effet magnétique du courant crée une force permettant d ouvrir le circuit. Son rôle est de protéger contre les courts circuits. 1 2 1 2 1 2 3.3 Les relais thermiques Un bilame traversé par le courant à surveiller se déforme sous l effet thermique de celui-ci et finit (si le courant est trop important pendant un temps trop long) par ouvrir un contact électrique permettant de commander l ouverture du circuit principal. 1/L1 3/L2 5/L3 95 2/T1 4/T2 6/T3 96 Les disjoncteurs associent souvent la fonction protection contre les courts circuits (déclenchement court retard) et les surcharges (protection long retard). On retrouve alors les deux symboles précédents sur le boîtier. Les versions industrielles permettent, grâce à l association d une commande électronique, de régler finement les courants et temps de déclenchement. On bénéficie ainsi d une sélectivité : en cas de défaut, seul le disjoncteur alimentant le circuit défectueux déclenche, sans provoquer une coupure générale par le déclenchement du disjoncteur principal. Denis Rabasté 4/7 IUFM Aix Marseille
4 Appareillages de commande Pour des raisons de sécurité (commande en basse tension), d encombrement (armoire de commande en monophasé) et de bon fonctionnement (établissement et interruption de fortes intensités), il est généralement nécessaire de commander les moteurs de fortes puissances au moyen d un relais appelé contacteur. 1/L1 3/L2 5/L3 2/T1 4/T2 6/T3 5 Exemple de câblage d un moteur asynchrone Voici un premier exemple permettant de faire tourner un moteur asynchrone dans les deux sens (extrait du site http://philippe.berger2.free.fr/automatique/cours/moteurs/moteurs.htm.). Caractéristiques : - deux sens de rotation (par inversion d une phase) ; - verrouillage mécanique et électrique entre les deux contacteurs ; - protection par fusible et relais thermique ; - circuit de commande en 24 Veff ; - protection des personnes assurée en amont (non représentée). Denis Rabasté 5/7 IUFM Aix Marseille
KM1 km1 km1 Voici un second exemple permettant de limiter le courant de démarrage d un moteur asynchrone : - les trois enroulements du moteur sont d abord couplés en étoile afin d avoir une tension simple aux bornes de chaque enroulement ; - après quelques secondes, les enroulements sont couplés en triangles, on retrouve alors la tension complexe aux bornes de ceux-ci. De cette manière, on limite le courant appelé au démarrage (en limitant la tension aux bornes d un enroulement), tout en ayant la tension maximale en régime nominal. Denis Rabasté 6/7 IUFM Aix Marseille
d après http://www.courselec.free.fr/2%20term%20sti%20ge/techno/4%20commander/1%20procedes%20 de%20demarrage%20moteur/le%20demarrage%20etoile%20triangle.pdf Denis Rabasté 7/7 IUFM Aix Marseille