L`électricité (France)

 • Schéma d’une installation solaire photovoltaïque (en France) : en effet, en France, le
particulier doit revendre à EDF l’électricité produite par son installation solaire.
Comment sont constitués les circuits électriques utilisés en habitation?
1. Caractéristiques de la tension du secteur
2. Les bornes d'une prise de courant
3. Branchement des appareils électriques
4. Les dangers du secteur
4.1 Le danger pour les installations: incendie
4.2 Le danger pour les personnes: électrocution; électrisation
1.Caractéristiques de la tension du secteur
la tension du secteur est une tension alternative sinusoïdale de
fréquence 50 Hz (période 0,02s) et de valeur efficace de 230V (norme
européenne)
2. Les bornes d'une prise de courant:
Les prises électriques doivent comporter trois bornes. Les gaines isolantes entourant les fils sont en matière plastique. Elles évitent le contact
entre les fils afin d'éviter les courts-circuits.
•
•
•
code couleur gaine bleue: fil de neutre
code couleur gaine jaune et vert: fil de terre
pas de code couleur gaines (rouge, marron, noir): fil de phase
la tension entre la phase et le neutre ou la phase et la terre est de 230V efficace.
Normalement il n'existe pas de tension entre la phase et le neutre.
On peut repérer la phase d'une prise avec un testeur
3. Branchement des appareils électriques
Dans une installation électrique les appareils sont montés en dérivation entre la phase et le neutre.(tension du secteur).L'intensité dans le
circuit principal augmente avec le nombre d'appareils en service. (la loi d'additivité des intensités reste valable en alternatif en première
approximation)
Toutes les carcasses métalliques des appareils sont reliées entre elles et avec la terre par des conducteurs.
les interrupteurs
et les fusibles
Symbole de la terre:
sont placés sur le fil de phase
4. Les dangers du secteur
Chaque année en France, plus de 4000 incendies d'origine électrique et plusieurs milliers d'accidents corporels dont 100 mortels sont à déplorer
4.1 Le danger pour les installations: incendie
4.1.1 les causes
•
•
•
le court-circuit: il se produit s'il y a contact entre la phase et le neutre.
La surintensité: si l'intensité est trop importante dans le circuit (trop d'appareils branchés en dérivation sur la même prise)
=SURCHAUFFE
L'amorçage= ARC ELECTRIQUE
Les trois provoquent un échauffement des fils qui les porte à incandescence et provoque un incendie.
4.1.1 les parades
•
les fusibles ou coupe-circuits: installés sur le fil de phase au départ de chaque ligne, ils fondent lorsque l'intensité de la ligne dépasse le
calibre inscrit sur le fusible (valeur maximale supportée).
•
le disjoncteur à maximum de courant: Placés en tête de
l'installation par E.D.F ils ont plusieurs rôles;
1. interrupteur général manuel pour intervenir sur
l'installation
2. ouverture automatique du circuit si trop d'appareils
fonctionnent en même temps
3. ouverture du circuit en cas de court-circuit
4.2 Le danger pour les personnes: électrocution; électrisation
4.2.1 les causes
l'électrocution (mort) ou électrisation (troubles graves) se produit lors du contact direct ou indirect entre la phase et le neutre ou la phase et la
terre .
La résistance du corps humain varie selon la personne et l'état de sa peau. Elle est cependant supérieure à celle d'un composant électrique,
l'intensité qui la traverse est donc faible (les fusibles sont inefficaces pour les contacts directs ou indirects); pourtant ,ce courant suffit pour
provoquer des troubles graves.
4.2.1 les parades
•
le disjoncteur différentiel: Placé en début de plusieurs lignes, il détecte des courants de fuite supérieurs ou égaux à 30 mA(passant par la
terre au lieu du neutre) et coupe alors le circuit.
•
la prise de terre: un fil qui relie toutes les masses des appareils. Ce fil est inefficace s'il n'est pas associé à un disjoncteur différentiel car
l'électrocution dépend de l'intensité mais aussi du courant dans le corps humain !...
•
les circuits différenciés:
À partir du tableau électrique, il convient de bien répartir les différents circuits qui vont alimenter la maison. Chaque circuit doit être dédié à un
seul type d'usage parce la puissance électrique que l'on accorde à chacun n'est pas la même. Par exemple un circuit d'éclairage est de 10A et un
circuit pour prises de courant standards de 16A.
C'est pourquoi chaque circuit doit avoir une protection ainsi qu'une section de câble adaptée à sa puissance. Dans le cas contraire il y a un risque
de « surchauffe » et il le circuit n'est plus efficacement protégé. Par exemple un circuit d'éclairage doit avoir une protection de calibre 10A et le
câble doit être de section 1,5mm².
La mixité sur un même circuit, par exemple éclairage et prises de courant, est donc absolument interdite.
En fonction du nombre de pièces et des différents appareils qui équipent la maison, il faut organiser minutieusement la répartition et créer un ou
des circuits distincts pour les prises de courant, l'éclairage, le chauffage et la salle de bains.
En outre, pour chacun des appareils électroménagers : sèche-linge, machine à laver la vaisselle ou le linge, et le chauffe-eau ... il faut créer un
circuit spécialisé de 20A. Dans le cas d'une cuisinière, le circuit devra être de 32A.
Enfin, chaque circuit doit être repérable rapidement. Pour cela il faut indiquer sur le tableau électrique, sous chaque départ de circuit, à quoi il
correspond ainsi que sa puissance.
4.3 Une méthodologie de recherche
COUPE ‐CIRCUIT EDF Calibre des fusibles‐
état
Intensité‐Tension‐ Diff DISJONCTEUR INTERIEUR Serrage des cosses‐état des câbles Serrage des cosses‐état des câbles‐ section des fils‐ nbre de départs‐ ampérage‐ disjoncteur ‐ c.circuits bipolaires TABLEAU GENERAL Serrage des cosses‐état des câbles‐ section des fils‐ encombrement des conduits‐ lieu de passage‐ atteintes mécaniques (écrasement) CONDUITS‐CABLES‐
BOITES
TERMINAUX Serrage des cosses‐état des câbles‐ section des fils‐repiquage‐emplacement Inter‐prises‐douilles,etc RECEPTEURS Les caractéristiques : Puissance tension intensité chaleur, conditions d’utilisation etc Les transformateurs, les chargeurs de batterie, les lampes halogène, les moteurs de hotte, la veille des appareils (télé, magnéto, etc.) 1.)
2.)
3.)
4.)
5.)
6.)
7.)
8.)
9.)
10.)
11.)
12.)
13.)
14.)
Notions de base
Electricité statique
Courants alternatifs
Production et transport de l’énergie
Le court circuit
Les régimes de neutre
Structure d’une installation électrique
Disjoncteur magnétothermique
Disjoncteur différentiel
Les fusibles
La prise de terre
Les cables
Les accidents et dommages électriques
Les mauvaises habitudes de M.Toulemonde
Quelques notions de base
Ne pas confondre
Electricité (statique) et courant électrique (dynamique)
Les atomes sont constitués de charges électriques, négatives (les électrons) et
positives (les protons).
En règle générale, il y a autant de charges négatives que de charges positives ce
qui implique que l’atome est électriquement neutre.
Dans certains cas il se peut que l’atome possède une ou plusieurs charges
négatives supplémentaires, il devient un ion électronégatif.
Si à l’inverse il lui manque une ou plusieurs charges négatives, il devient alors
un ion électropositif.
Un ion est donc un atome qui n’est plus neutre mais chargé électriquement en
ion+ ou en ion-.
Un atome devenu ion +ou – à tendance avec le temps à se rééquilibrer
naturellement, c'est-à-dire que l’atome qui a perdu un électron par exemple aura
tendance à vouloir le récupérer.
La nature aime les choses équilibrées…….
Lorsque de grosses quantités de charges électriques s’accumulent, on est en
présence d’un système déséquilibré donc instable et qui va chercher à se
stabiliser en se rééquilibrant sous la forme d’une étincelle ou arc électrique.
A grande échelle, c’est l’orage…..
A petite échelle c’est la petite décharge que l’on perçoit, lorsque marchant sur
une moquette, on touche un objet métallique.
Les charges électriques exercent des forces entre elles.
Les mêmes signes se repoussent, les signes opposés s’attirent.
L’arc électrique
A l’état naturel, ce sont les éclairs lors d’un orage, la foudre est aussi une forme
particulière d’éclairs.
Lors d’un orage, les puissances sont énormes, des millions de volts et des
mégawatts.
Ces phénomènes ne sont pas domesticables par l’homme.
L’arc électrique est une ionisation des gaz qui composent l’air.
Ces gaz sont normalement des isolants mais sous l’effet de tensions électriques
importantes, ils vont devenir de bons conducteurs.
En moyenne, compte tenu de la rigidité diélectrique des éléments un arc
électrique se produit lorsque une distance de 1 mm sépare des éléments portés à
une différence de potentiel supérieure à 1000 volts.
Lors de l’ouverture d’un circuit comportant une charge inductive, ce qui est très
souvent le cas) le champ magnétique présent autour les fils crée une surtension
importante pendant un bref instant et génère un arc électrique.
L’arc électrique est souvent générateur d’explosion ou de démarrage d’incendie.
L’arc électrique libère de l’énergie calorifique, de l’énergie lumineuse visible et
ultraviolette ainsi qu’un rayonnement électromagnétique à large spectre.
Le courant électrique
C’est un déplacement d’électrons au sein d’un conducteur (le cuivre, pour des
raisons de contrainte mécanique et de conductibilité électrique).
Ces électrons ne peuvent se déplacer dans le conducteur que si on les y contraint
par la présence de charges électriques d’un coté positive (qui attire les électrons
qui sont négatifs), et d’un autre coté négatives (qui va les repousser).
La présence de ces charges – et + est la tension électrique.(exemple, les deux
bornes d’une pile).
Le déplacement des électrons, autrement dit le courant électrique ne peut exister
que par la présence d’une tension.
Les électrons qui se déplacent dans le conducteur existent à l’état statique et sont
appelés électrons libres.
La quantité d’électrons libres dans le conducteur dépend de la nature du
conducteur et de la température.
La faculté d’un conducteur à se laisser plus ou moins bien traverser par un
courant électrique est appelée résistance.
L’unité de tension est le volt
U
L’unité de courant est l’ampère
A
L’unité de résistance est l’ohm
Ω
Les effets du courant électrique
Quand un courant circule dans un conducteur, il produit 3 effets simultanément.
1) effet thermique, appelé effet joule ( W = R x I² x t )
2) effet magnétique, quand un courant circule apparaît autour de celui-ci un
champ magnétique proportionnel en intensité et en direction au courant.
3) effet chimique, le courant circulant dans un conducteur peut modifier la
structure moléculaire du composant qu’il parcourt. ( le courant électrique
décompose la molécule d’eau ).
Ces trois effets sont réversibles.
La chaleur, le champ magnétique, une réaction chimique peuvent engendrer un
courant.
Le circuit électrique
Un circuit électrique complexe peut toujours être simplifié et ramené à un circuit
élémentaire de base.
Il est composé d’un générateur, de deux conducteurs, et d’un récepteur.
Le but est de faire circuler des électrons dans le récepteur, afin de profiter d’un
ou plusieurs de effets du courant électrique, (par exemple faire s’allumer une
lampe ou faire chauffer un radiateur ou encore faire tourner le moteur d’un robot
ménager).
Le générateur sert à fournir la tension qui oblige les électrons à se déplacer
Les conducteurs servent à relier électriquement le générateur au récepteur.
Le récepteur sert à transformer l’énergie électrique en une autre forme d’énergie
(calorifique sous forme de rayonnement infra rouge, mécanique sous la forme
d’un couple mécanique disponible sur l’arbre d’un moteur, ou encore lumineuse
sous la forme d’un rayonnement dans le spectre visible.
Int
+
VG = 12V
VR = 2 V
VL = 10 V
Générateur
V
V
_
A
Dégagement
de chaleur entre
A et B
B
Puissance et énergie
L’énergie est la capacité d’un système à produire un travail entraînant un
mouvement, de la chaleur ou de la lumière.
En physique l’énergie est exprimée en Joules
Dans la vie courante, on parle de watt/heure
La puissance est une quantité d’énergie par unité de temps.
Par exemple 1000 joules pendant un millième de seconde est l’équivalent de 1
joule pendant un seconde.
Le watt est l’unité de puissance et équivaut à 1 joule par seconde.
Parfois on utilise encore le cheval vapeur qui correspond à 736 watts.
La loi d’ohm et la loi de joule
La loi d’ohm
1 volt est égal à 1 ohm multiplié par 1 ampère
U=RxI
La loi de joule
Un des effets du courant électrique est l’effet joule.
L’effet joule est l’échauffement des conducteurs ou du générateur, mais plus
souvent du récepteur, du au passage du courant.
W = R x I² x t
1 joule égal 1 ohm multiplié par le carré de l’intensité et multiplié par l’unité de
temps.
Pour la puissance, sachant qu’elle est calculée par rapport au temps, on peut
écrire l’équation suivante
P = R x I² x t / t
Après simplification on obtient
P = R x I²
Sachant que R = U / I
Après simplification
P=UxI
Notions de puissance
La puissance délivrée par un générateur ou consommée par un récepteur dépend
de plusieurs grandeurs physiques.
- la tension en volts.
- le courant en ampères.
- la caractéristique du conducteur en ohms.
Le comportement des éléments d’une installation
L’énergie dissipée par le récepteur
W = R x I² x t
L’énergie dissipée par les fils de l’installation
W = R x I² x t
Avec
R = r xl/s
r est le coefficient de résistivité du métal du fil
l est la longueur du fil en mètres
s est la section du fil en m²
Dans les fils d’une installation l’effet joule W doit être le plus faible possible.
Dans l’équation ci-dessus pour que W soit faible il faut que R soit faible.
On voit donc l’importance de la section et de la longueur des fils utilisés.
On en déduit également que si la longueur des fils est grande il faudra une
section de fils plus grande afin de réduire R et donc W.
un fil de petite section avec une grande longueur et avec un grand courant
qui le parcourt va chauffer et peut rapidement provoquer un incendie.
CQFD
Chapitre 3
Chapitre 3
ELECTRICITE
STATIQUE
Sommaire
•
•
•
•
•
Loi des charges
Charge électrostatique
Le champ électrique
Potentiel et différence de potentiel
Déplacement de charges
Introduction
Dès l'Antiquité, les hommes ont constaté des phénomènes d'électricité statique. Certains corps ont la
propriété de s'électriser par frottement. Ce phénomène est lié à un transfert d'électrons par décharge
(arc).
Dans ce chapitre, nous allons présenter de manière démonstrative les grandeurs essentielles de
l’électrostatique. Pour ceux qui désirent de plus amples informations, il existe une abondante
littérature.
3.1
Loi des charges
L'existence de 2 types de charges différentes
constitue une différence de niveau d'énergie. Ces
charges peuvent être qualifiées de positives ou
négatives.
Nous constatons que:
+
charge
+
Les corps porteurs de Les corps porteurs de
charges de même nom se charges
de
noms
repoussent
opposés s'attirent
+
charge
-
Une expérience de laboratoire peut démontrer les effets que nous venons de décrire. La petite
boule suspendue sera soit repoussée par une pièce chargée positivement, ou attirée par une autre
pièce chargée négativement.
Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000
1
Chapitre 3
3.2
Charge électrostatique Q
La charge électrostatique est une quantité d'électricité statique.
Symbole de la grandeur :
(à disposition)
La notion de charge étant liée à celle de l'électron, nous pouvons
quantifier cette charge électrostatique Q.
Symbole de l'unité :
Q
[C] coulomb
Q = n ⋅ en représente le nombre d'électrons dans une charge
e- représente la charge électrique élémentaire
e- = 1.602 ⋅ 10-19 [C]
Le résultat de ces charges électrostatiques a pour effet de Symbole de la grandeur : F
démontrer la présence de forces électrostatiques F .
Symbole de l'unité :
[N] newton
Comment se représenter la force électrostatique
F ?
peigne
peigne
Lorsque vous vous peignez, vos cheveux
se font attirer par le peigne et se
dressent. Il y donc bien des forces qui
soulèvent vos cheveux.
Nous constatons aussi que nous
n'attirons pas de la même manière les
cheveux du sommet de la tête, que ceux
proches des oreilles, d'où une notion de
distance.
Vous avez aussi constaté que tous les
cheveux ne subissent pas les mêmes
forces électrostatiques.
Plus vous vous trouvez éloigné du peigne,
plus les forces sont faibles. Non seulement
la distance est importante, mais également
l'angle d'inclinaison du peigne.
Pour mieux comprendre les phénomènes électriques, nous les étudierons comme s'il n'y existait qu'une
force
F représentative de toutes les forces électrostatiques.
Cette unique force
F est notée au moyen d'une flèche sur son symbole de grandeur.
Cette remarque restera valable pour les autres phénomènes étudiés plus en avant dans le cours.
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2
Chapitre 3
3.3
Champ électrique E
Le champ électrique E caractérise l'influence de la charge
électrostatique Q sur un plan soumis à une force
électrostatique
+
+
-
-
F.
Le champ électrique est défini par la relation suivante :
Symbole de la grandeur :
F
E=
Q
E
[V⋅m-1]
Symbole de l'unité :
L'exemple précédent montre qu'il existe une influence électrique entre le peigne et les cheveux. C'est
la preuve qu'il règne un certain champ électrique
3.4
E.
Potentiel V
Dans le vide ou dans l'air, le champ électrique E
créé par une charge Q présente un potentiel
électrique V
Le potentiel V exprime la quantité de charges Q à
disposition par rapport à une référence.
Symbole de la grandeur :
Référence
Symbole de l'unité :
V
[V] volt
Pour illustrer cette notion de potentiel, comparons-la à une différence d'altitude des nuages. Cette
différence est exprimée par rapport à une référence qui est le niveau de la mer à 0 [m].
3.5
Différence de potentiel
La différence de potentiel est définie comme la présence d'un
champ électrique E entre 2 points A et B. Les charges
électrostatiques peuvent se déplacer de façon aléatoire en
fonction du type de diélectrique (isolant).
A
+
+
+
+
-
B
-
Plus la quantité de charges sera importante, plus la différence de potentiel électrique sera grande.
Rappel :
Une charge positive est représentée par des atomes en manque d'électrons.
Une charge négative est représentée par des atomes avec un excès d'électrons.
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3
Chapitre 3
3.6
Déplacement des charges
Le déplacement des charges Q peut se faire sur une
trajectoire AB de manière constante dans le temps et ne
passant pas sous la référence.
A
+
+
-
+
-
+
B
charges
Référence
Ce déplacement de charges Q est engendré par un
potentiel électrique V appelé :
POTENTIEL CONTINU
Potentiel continu positif
(au dessus de la référence)
Dans la pratique, on le repère par le symbole suivant :
Potentiel continu négatif
(au dessous de la référence)
CC (Courant Continu en français) ou DC (pour Direct
Current en anglais)
Le déplacement des charges peut se faire de manière différente. Elle peut prendre une forme
SINUSOIDALE, TRIANGULAIRE, ou quelconque.
Cette trajectoire est une fois au dessus de la référence et ensuite en dessous de la référence.
Ce déplacement de charges Q est engendré par un
potentiel électrique V se variant par rapport à la
référence et appelé :
POTENTIEL SINUSOIDAL ALTERNATIF
Potentiel alternatif. Alternativement sur et sous la
référence.
Dans la pratique, on le repère par le symbole suivant :
CA (Courant Alternatif en français) AC (pour Alternative Current en anglais)
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4
Chapitre 3
3.7
Documentaire
Charles de Coulomb
(1736-1806), physicien français.
En 1777 il publie un livre intitulé " La meilleure manière de fabriquer
des aiguilles aimantées ".
Il établit les lois expérimentales et théoriques du magnétisme vers
1779, et de l'électrostatique (1785). Il a notamment introduit les
notions de moment magnétique et de polarisation.
Sir Isaac Newton
(1642 - 1727) physicien, mathématicien et astronome anglais.
On lui doit entre autre : la décomposition de la lumière blanche à l'aide
d'un prisme (1666); la construction du premier télescope (1671); la théorie
de l'attraction universelle (1687); le calcul intégral (1687) en même temps
que Leibniz.
Il déclara à la fin de sa vie : " Je me suis comporté comme un enfant jouant sur le bord de la mer et qui
s'est amusé à chercher de temps en temps un caillou plus poli et un coquillage plus joli qu'à l'ordinaire,
tandis que le grand océan de la vérité s'exposait à moi entièrement inconnu. "
3.8
Entraînement
1.
Calculer le nombre d'électrons constituant une charge électrostatique de 100 [C]
2.
Citer trois exemples d'électricité statique que l'on rencontre dans la vie courante.
3.
Expliquer de façon simple le phénomène de la foudre.
4.
Calculer le champ électrique E d'une force F de 10 [N] influencée par une charge électrostatique
de 500 [C] perpendiculaire. (Réponse : 20⋅10-3 [V/m])
Electrotechnique /  Editions de la Dunanche / septembre 2000
5
Le courant alternatif
Qu'est-ce qui distingue la tension fournie par le "secteur" de celle
fournie par la pile ?
sommaire
1. Courant continu, courant alternatif
2. Caractéristiques d'une tension alternative
2.1 Comment varie une tension au cours du temps
2.2 Comment comparer deux tensions
alternatives
3. Que signifient les courbes affichées à l'oscilloscope ?
3.1 Réglages
3.2 Visualisation
4. Exploitons les oscillogrammes
4.1 lecture de la tension maximale
4.2 lecture de la période
5. Mesures en alternatif
1. Courant continu, courant alternatif :
Un courant continu est un courant dont le sens est toujours
le même au cours du temps.
Un courant alternatif est un
courant dont le sens change au
cours du temps.
2. Caractéristiques d'une tension alternative:
2.1 Comment varie une tension au cours du temps ?
•
•
•
•
La tension aux bornes du G.B.F varie au cours du temps. La courbe ondule de part et
d'autre de l'axe des abscisses (le temps); c'est une sinusoïde (fonction sinus
mathématique)
Les valeurs prises par la tension sont comprises entre un maximum (Umax) et un
minimum (-Umax).
La tension passe par la valeur zéro. Elle est successivement positive puis négative; elle
est alternative..
Sur l'axe des temps, la courbe se reproduit identique à elle-même, le dessin répétitif
est le "motif".
2.2 Comment comparer deux tensions alternatives?
On peut comparer deux tensions alternatives selon:
•
•
leur valeur maximale ; elle est notée Umax et s'exprime en volts (V).
La durée du motif que l'on appelle la période. Elle est notée T et s'exprime en
secondes (s).
T
Umax différents ; T identiques Umax identiques; T différents Umax différents; T différents
Lorsque la période est très inférieure à la seconde, il est préférable d'utiliser une autre
grandeur physique pour caractériser le signal: la fréquence. C'est le nombre de périodes en
une seconde. Elle est notée f et s'exprime en hertz (Hz)
•
ou
•
f : fréquence
en hertz (Hz)
T : période en
secondes (s)
3. Que signifient les courbes affichées à
l'oscilloscope ? :
L'oscilloscope est un voltmètre qui permet de suivre des phénomènes rapides. Son axe
horizontal représente le temps, son axe vertical la tension. Les deux axes se coupent au
milieu de l'écran; c'est la tension nulle. Le quadrillage est formé de carreaux 1x1cm appelés
divisions. Les courbes observées sont appelées oscillogrammes. Le point lumineux qui
apparaît est appelé spot.
3.1 Réglages:
Il faut se mettre en mode réglage GD ou GND (ground soit la terre) et régler
•
•
la luminosité et l'épaisseur du spot avec les boutons FOCUS et INTENSITY.
la position centrale du spot avec les boutons de déviation verticale PosY et
horizontale PosX
3.2 Visualisation:
Il faut se mettre en mode mesures DC pour une tension continue ou AC pour une tension
variable.
Un système interne permet de provoquer la mise en mouvement du spot; c'est le balayage.
Lorsque l'on ne veut pas l'utiliser, on enclenche le bouton XY.
Tension continue sans
balayage
Tension variable sans
balayage
Tension continue avec
balayage
Tension altern
balayage
pour aller plu
4. Exploitons les oscillogrammes:
4.1 lecture de la tension maximale Umax (ou
amplitude de tension):
Umax = nombre de Divisions verticales de la ligne
centrale jusqu'à la crête x sensibilité verticale (ou
gain) en volt/DIV
Umax = k x Y
remarque:Pour des mesures détaillées
5. Mesures en alternatif:
4.2 lecture de la période T:
T
T = nombre de Divisions horizontales pour le
temps d'un motif x sensibilité horizontale (ou
balayage) en s/Div
T =k x X
Les valeurs des tensions alternatives indiquées sur les alimentations ou les récepteurs usuels sont les
valeurs efficaces (Ueff); elles se mesurent avec un multimètre numérique. Ces valeurs sont
proportionnelles aux valeurs maximales lues à l'oscilloscope.
Umax = Ueff . 1,41 cette relation est valable pour les tensions sinusoïdales comme celle du secteur.
La production de l’énergie électrique
A savoir : L’énergie ne se fabrique pas, elle peut uniquement se transformer.
Elle existe à l’état pur dans l’univers, elle ne peut ni se fabriquer, ni s’annihiler.
Elle ne peut ni apparaître spontanément ni disparaître, elle existe sous une
multitude de formes allant d’une particule jusqu’à la matière vivante….à méditer.
Chaque habitation dispose de son propre générateur….son compteur électrique
et son disjoncteur.
L’énergie électrique est disponible dans les foyers particuliers sous la forme
d’une tension alternative de forme sinusoïdale dont la valeur efficace est de 230
volts et sa fréquence est de 50 Hz.
La forme sinusoïdale de la tension est la conséquence de sa transformation dans
les centrales de production, par le mouvement circulaire des turbines.
A la sortie des turbines la tension de quelques milliers de volts est élevée jusqu’à
400 000 volts afin d’être acheminée par les câbles du réseau, puis à nouveau être
ramenée à 20 000 volts dans les postes de distribution, puis à 230 volts chez le
particulier.
La distribution s’effectue avec 3 fils de phases et un fils de neutre.
Entre chaque phase on mesure 400 volts.
Entre une phase et le neutre on mesure 230 volts
( 400 / 230 = 1,732 soit la racine carrée de 3 )
Actuellement les centrales, qu’elles soient thermiques nucléaires ou
hydrauliques, utilisent toutes une turbine mettant en rotation un alternateur.
C’est la raison pour laquelle la tension est alternative et sinusoïdale.
Dans les centrales, les alternateurs qui transforment l’énergie électrique sont
constitués de plusieurs bobinages et qui vont donc engendrer des tensions
polyphasées.
Chaque bobinage a un point commun que l’on nomme le neutre, et l’autre
extrémité est appelée phase.
L’ensemble constitué de trois bobinages fournit donc une tension triphasée.
L’énergie électrique est véhiculée en haute tension (jusque 400 000 volt) puis en
moyenne tension 20 000 volts.
A la sortie des postes de transformation, le pôle neutre est relié à la terre.
Il n’y a donc aucune différence de potentiel entre le neutre et la terre, mais on
mesure 230 volts entre la phase et la terre.
Dans les installations normalisées on utilise un fil de couleur bleue pour le
neutre et de couleur rouge pour la phase.
Pour les installation triphasées le noir et le marron pour les autres phases.
Pour le circuit de terre la couleur jaune/verte est utilisée.
IL EST IMPERATIF DE RESPECTER CES COULEURS.
Dans le cas de fils tombés sur la voie publique il y a danger de mort à toucher
ces conducteurs autrement qu’avec une perche isolante et l’équipement requis.
Le court circuit
Comme son nom l’indique, c’est le circuit le plus court qui relie les deux pôles
d’un générateur et également le chemin qui offre la plus petite résistance au
courant électrique.
L’intensité de court circuit est limitée par les caractéristiques du générateur, et
dans le cas de l’alimentation électrique domestique, le fusible qui protège la
ligne limitera cette intensité.
Si l’installation est aux normes, le court circuit se traduira par un arc électrique
pouvant occasionner brûlure et départ d’incendie
Si l’installation n’est pas protégée, c’est la destruction du circuit électrique,
par la fusion des fils voire du tableau et très probablement incendie des lieux.
Le court circuit peut également provoquer des accidents mortels.
Attention :
Le court circuit est dangereux également dans le cas de la basse tension, par
exemple, la mise en court circuit d’une batterie au plomb de 12 volts (batterie
d’automobile ) peut occasionner une explosion, de par grande capacité et de sa
très faible résistance interne.
La mise en court circuit d’une pile peut aussi déclancher un incendie, alors
attention au stockage des piles.
COURS : Régimes de neutre
CI : Protection des personnes et des matériels
OBJECTIFS
DU COURS
REGIMES DE NEUTRE
• Connaître les différents schémas de liaisons à la terre définis par la norme NF-C-1500
• Connaître le principe de protection des personnes en régime TT.
I. GENERALITES :
L’énergie électrique, bien qu’utile, est dangereuse pour l’homme. Si un courant traverse le corps humain, il y a risque de
lésions voir de mort. Il est donc nécessaire de protéger les personnes contre de tels dangers (cf § sur la sécurité de première).
Les réseaux de distribution sont caractérisés essentiellement par la nature du courant et le nombre de conducteurs actifs,
ainsi que par la liaison à la terre ou régimes de neutre.
La sécurité des personnes et du matériel est assurée différemment en fonction du régime de neutre utilisé dans une
installation électrique.
A. Différents systèmes de distribution :
Les systèmes de distribution sont caractérisés par la nature du courant et le nombre de fils.
Courant continu
Courant alternatif monophasé
Ph1
+
-
N
Ph1
+
M
-
Ph2
Courant alternatif triphasé
Ph1
Ph2
Ph3
N
Montage étoile 4 fils
Ph1
Ph2
Ph3
Montage triangle 3 fils
B. Les trois régimes de neutre :
La norme NF C 15.100 définit trois régimes de neutre qui sont caractérisés par deux lettres :
1 ère Lettre : Situation de l’alimentation par rapport à la terre .
T:
liaison d’un point avec la terre ;
I :
isolation de toutes les parties actives par rapport à la terre ou liaison d’un point avec la terre à travers une
impédance ;
2 e Lettre : 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.
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COURS : Régimes de neutre
CI : Protection des personnes et des matériels
C. Régime TT :
Ph1
Ph2
Ph3
N
Le
neutre
de
l’installation
est
directement relié à la terre.
Les masses de l’installation sont aussi
reliées à la terre.
Cette solution est celle employée par
l’E.D.F. pour les réseaux de distribution basse
tension.
PE
Prise de terre de
l’installation
Aussitôt qu’un défaut d’isolement
survient, il doit y avoir coupure : C’est la
coupure au premier défaut.
Prise de terre des masses
D. Mise au neutre TN :
Ph1
Ph2
Ph3
PE
PEN
N
N
PE
PE
Prise de terre de
TN-S
TN-C
l’installation
1. Schéma TN-C
Le neutre et le conducteur de protection sont CONFONDUS. Ce type de schéma est interdit pour des sections de
conducteurs inférieurs à 10 mm2 ; En aval du schéma TN-S, on utilise l’appareillage tripolaire.
2. Schéma TN-S
Le neutre et le conducteur de protection sont SEPARES. Il faut utiliser des appareils tripolaire + neutre.
Dans les deux cas, la protection doit être assurée par coupure au premier défaut.
E. Neutre isolé : IT
Le neutre est isolé ou relié à la terre par une
assez forte impédance (1500 à 2000 V).
symbolisation d’un
transformateur
Ph1
Ph2
Ph3
N
Le premier défaut ne présente pas de danger.
Le courant phase masse est très faible et aucune
tension dangereuse n’est à craindre.
PE
Mais il doit être signalé et recherché pour
être éliminé. La coupure est obligatoire au deuxième
défaut.
Impédance
éventuelle
Limiteur de surtension
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COURS : Régimes de neutre
CI : Protection des personnes et des matériels
II. REGIME TT :
Le système de distribution TT est le régime de neutre employé par E.D.F. pour toute la distribution d’énergie publique du
réseau basse tension.
A. Principe :
Dans ce système de distribution :
-
Le neutre de la source d’alimentation est mis à la terre ;
Les masses de l’installation sont mises à la terre .
Exemple : soit le réseau de distribution TT ci-dessous :
Ph1
Ph2
Ph3
N
220V
Prise de terre du
neutre
Uc
RN
RA
Id
Lorsqu’une phase touche la masse, il y a élévation du potentiel de cette masse.
Soit RD : La résistance de défaut = 0 Ω; RN : la résis tance de la prise de terre du neutre = 10 Ω; RA : la résistance de la
prise de terre des masses = 20 Ω;
= 220 / (R A + RD + RN ) = 220 / 30 = 7.33 A
La tension de masse par rapport à la terre est : U D = R A * I D = 146.6V
Il s’établit un courant en rouge sur le schéma : I D
Cette tension est mortelle.(cf § cours de première : les dangers du courant électrique)
Lorsque dans un réseau TT, survient un défaut d’isolement, il y a une élévation dangereuse du potentiel des masses
métalliques. (Qui habituellement sont au potentiel 0V).
B. Règles à observer :
1 ière règle : Toutes les masses des matériels protégés par un même dispositif de protection doivent être interconnectées
et reliées par un conducteur de protection (PE) à une même prise de terre.
2 ième règle : La condition de protection doit satisfaire à la relation suivante : R A * I A
-
< UC
IA : Courant de fonctionnement du dispositif de protection ;
- RA :
résistance de la prise de terre des masses ;
- UC :
tension de contact limite : UC = 50V, 25V selon les locaux.
3 ième règle : Dans les schémas TT, on assurera la protection par un dispositif différentiel à courant résiduel. Dans ce cas,
le courant IA est égal au courant différentiel résiduel du disjoncteur.
La sensibilité d’un disjoncteur différentiel résiduel est indiquée par le symbole I∆N , qui indique le système de protection,
lequel peut être un interrupteur ou un disjoncteur.
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COURS : Régimes de neutre
CI : Protection des personnes et des matériels
C. Sensibilité des différentiels :
-
Les disjoncteurs sont classés selon trois catégories :
Dispositif haute sensibilité : I∆N = 6 ; 12 ; 30 mA ;
Dispositifs moyenne sensibilité : I∆N = 0,1 ; 0,3 ; 0,5 ; 1 A ;
Dispositif faible sensibilité : I∆N = 3 ; 5 ; 10 ; 20 A.
D. Emplacement des dispositifs différentiels :
Toute installation TT doit être protégée par un
dis positif différentiel résiduel placé à l’origine de
l’installation.
DR
DR : Dispositif de détection
différentiel résiduel
III. EXERCICE :
Une installation électrique est composée d’une résistance chauffante triphasée et d’un moteur asynchrone triphasé. Le
schéma du montage est celui ci :
1Surligner en rouge les phases et en bleu
le neutre de l’installation. Les nommer.
2Dessiner en vert le conducteur de
protection électrique afin de réaliser un régime de
neutre TT. On notera la résistance de terre du
neutre Rn et celle des masses par Ra.
T1
3Un défaut d’isolement se produit dans les
résistances entre la phase 1 et la masse
métallique. Dessiner en pointillé le parcours du
courant de défaut. La résistance de défaut Rc
n’est pas nulle ! En déduire le schéma équivalent
(le dessiner à coté du schéma).
D1
4Calculer le courant de défaut passant à la
terre et les tensions de contact entre les
résistances et la terre, entre le moteur et la terre,
entre les deux récepteurs.
F1
kM1
Données Rn =10 V, Ra = 10 V, Rc = 4 V, T1 20
kV / 240/400 V.
D2
5F2
M3
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En déduire si ce type de défaut est
dangereux.
6Donner le type de matériel à installer
pour assurer la protection des personnes. Donner
son calibre de réglage et le dessiner sur le
schéma.
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
CI : Appareillage BT …
OBJECTIFS DU
COURS
STRUCTURE D’UNE INSTALLATION ELECTRIQUE DOMESTIQUE
•
Connaître la structure d’une installation domestique
•
Savoir décoder la norme NF-C-1500 afin :
de choisir la section des conducteurs,
de choisir le calibre des appareils de protection,
de proposer l’organisation d’un tableau de répartition.
1. Fonctions et équipements d’une installation électrique
Energie électrique (réseau public basse tension)
Contrôler l’énergie consommée
Compteur + disjoncteur de branchement
Répartir et protéger les circuits
Coupe circuit ou disjoncteur
Energie conditionnée pour la sécurité des personnes et des biens
Transmettre l’énergie
Conducteurs
Commander l’utilisation de l’énergie
Points de commande : interrupteur, bouton poussoir, …
Convertir l’énergie
Equipements d’éclairage, de chauffage, …
2. Livraison de l’énergie
En France, le réseau public basse tension est un réseau triphasé alternatif 230 / 400 V, 50 Hz.
Page 1
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
CI : Appareillage BT …
3. Contrôle de l’énergie consommée
Exemple d’application : installation électrique d’une villa type 2 (2 = 1 chambre + 1 séjour).
Plan architectural d’une villa type 2
WC
SdB
Chambre
Garage
Hall
Séjour
Cuisine
Terrasse
Tableau de répartition
+
disjoncteur de branchement
Nota : Circuits spécialisés
Lave-linge
Plaque de cuisson
Chauffe eau
Page 2
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
CI : Appareillage BT …
Cette installation est alimentée en 230 V~, 50Hz monophasée. Compte tenu des récepteurs, le distributeur
d’énergie propose un disjoncteur de branchement réglé à 60 A.
Disjoncteur de
branchement
Tableau
de
répartition
Wh
L=8m
F Déterminez la puissance disponible.
On a P = U × I = 230 × 60 = 13 800 W
F Déterminez, à l’aide des informations ci-dessous, la section des conducteurs du câble U 1000
R02V assurant la liaison entre le disjoncteur de branchement et le tableau de répartition.
On a une section des conducteurs entre le disjoncteur de branchement et le tableau de 16 mm²
Informations
Page 3
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
CI : Appareillage BT …
4. Répartir et protéger les circuits
4.1. Bilan des besoins
F Etablissez un bilan des points lumineux, des prises de courant et des circuits spécialisés pour
chaque pièce de la villa.
Pièce
Nombre de points
lumineux
Nombre de prise de
courant
Garage
2
2
WC
1
Hall
2
1
Chambre
1
2
SdB
1
1
Séjour
1
4
Cuisine
1
2
Extérieur
2
Total
11
12
Page 4
Circuits spécialisés
1 lave-linge
1 chauffe eau
1 plaque de cuisson
3
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
CI : Appareillage BT …
F On désire réaliser une installation suivant le Label Confort Plus (Label Promotelec). Donnez, à
l’aide des informations ci-dessous, le nombre maximal de points d’utilisation par circuit (départ depuis le tableau de
répartition), ainsi que la section des conducteurs pour ces circuits.
Fonction
Nombre maximal de points
d’utilisation par circuit
Label Confort Plus
Section des
conducteurs en
mm²
Eclairage et prises de courant commandées
5
1,5
Prises de courant
5
2,5
Plaque de cuisson
1
6
Lave-linge
1
2,5
Chauffe eau
1
2,5
Informations
Page 5
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
CI : Appareillage BT …
F Donnez le nombre de départs à constituer pour les circuits d’éclairage, de prises de courant et
spécialisés.
Pour les circuits de prises de courant : 3 départs
Pour les circuits d’éclairage :
3 départs
Pour les circuits spécialisés :
3 départs
4.2. Protection des circuits
F Complétez le tableau ci-dessous, à l’aide des informations suivantes, pour déterminer les calibres
des disjoncteurs ou des cartouches fusible en fonction de la section des conducteurs.
Sections des conducteurs en mm²
Disjoncteur
Cartouche fusible
1,5
2,5
4
6
10 ou 16 A
20 ou 25 A
32 A
32 ou 40 A
10 A
20 A
25 A
32 A
Informations
Page 6
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
CI : Appareillage BT …
F En vous aidant de l’exemple de schéma de principe proposé (voir informations page suivante),
complétez le schéma du tableau de répartition de la villa ci-dessous (calibre des disjoncteurs, calibre des cartouches
fusible pour les coupe circuits, section des conducteurs).
Tableau de répartition
Wh
Réseau EDF
230 V~ 50Hz
U 1000 R02V
Merlin Gérin
2 × 60 A
1 × 30 / 45 / 60 A
500 mA type S
32 A
10 ou 16 A
20 A
Legrand
2 × 40 A
10 ou 16 A
30 mA
3 × 6²
Plaque de cuisson
Chauffe eau
20 ou 25 A
3 × 2,5²
Circuit prises
SdB, Séjour
3 × 1,5²
3 × 2,5²
Circuit éclairage
Garage, Chambre,
Séjour, WC
20 ou 25 A
3 × 2,5²
Circuit prises
Garage, Hall,
Chambre
3 × 1,5²
Circuit éclairage
Cuisine, Hall,
Terrasse
20 ou 25 A
3 × 2,5²
Circuit prises
Cuisine
Page 7
10 ou 16 A
3 × 1,5²
Circuit
éclairage
20 ou 25 A
3× 2,5²
Lave-linge
COURS : Structure d’une installation électrique domestique
Informations
Page 8
CI : Appareillage BT …
Disjoncteur magnétothermique.
C'est un appareil capable d'établir, de supporter et d'interrompre des courants
dans les conditions normales du circuit.
- Disjoncteur magnétique : protection contre les courts-circuits.
- Disjoncteur thermique : protection contre les surcharges
- Disjoncteur magnétothermique (possède les deux fonctions ci-dessus) :
Le disjoncteur de canalisation n'assure que la protection des lignes - contre les
courants de surcharges ou de court-circuit.
Sur la photo dessous, il s'agit d'un disjoncteur de canalisation triphasé. Il en
existe en d'autres exécutions (1, 2, 4 pôles).
La tendance est au remplacement des fusibles sur les tableaux de distribution
d'abonnés par des disjoncteurs magnétothermiques qui assurent la protection
des canalisations et des appareils (récepteurs). Ceci, non seulement pour des
raisons économiques et de sécurité (plus d'alu pour remplacer un fusible
défectueux), mais aussi pour des questions de stockage des différents fusibles nouveau ou ancien modèle à broche.
Il existe une multitude de types et de marques, mais ils fonctionnent tous selon
le même principe.
Disjoncteur on. (Circuit fermer)
disjoncteur off. (Circuit ouvert).
1. Principe de fonctionnement:
Le disjoncteur assure la protection des canalisations selon 2 principes:
- thermique
- magnétique.
1.1. Thermique :
Une lame bimétallique (bilame) est parcourue par le courant. Le bilame est
calibré de telle manière qu'avec un courant nominal In, elle ne subisse aucune
déformation.
Par contre si des surcharges sont provoquées par les récepteurs, en fonction du
temps, la lame va se déformer et entraîner l'ouverture du contact en 0,1sec au
minimum.
Une surcharge de courant crée l'échauffement et la déformation du bilame
Circuit fermer
circuit ouvert.
Le bilame droit. (Froid)
le bilame bombé. (Chaud)
1.2. Magnétique :
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.
Si un défaut apparaît dans le circuit aval du disjoncteur de canalisation,
l'impédance du circuit diminue et le courant augmente jusqu'à atteindre la valeur
du courant de court-circuit.
Dès cet instant, le courant de court-circuit provoque une violente aimantation de
l'armature mobile. Cela a comme conséquence d'ouvrir le circuit aval du
disjoncteur en 0,1sec au maximum.
Normal.
Après déclenchement par
court-circuit.
2. Chambre de coupure
Le but de cette chambre est de couper le plus rapidement possible l'arc
électrique.
2.1. Fonctionnement
Dès la séparation des contacts, l’arc est déplacé vers la chambre de coupure sous
l’effet de la force dite de Laplace, induite par la géométrie des contacts fixe et
mobile.
Au cours du trajet entre les contacts et la chambre, l’arc est canalisé entre
deux joues qui permettent :
- d’augmenter sa vitesse de déplacement,
- de guider sa trajectoire,
- de l’allonger.
3. Choix du disjoncteur :
Le choix d’un disjoncteur s’effectue en fonction :
- de la norme d’installation : R.G.I.E. (installation domestique ou
industrielle - type de récepteur - intensité d’emploi - courbes de
fonctionnement).
- des normes produits.
- des caractéristiques du réseau : tension, fréquence.
- de l’environnement ; type de local, température, section et nature des
câbles en aval.
- des impératifs d’exploitation : sélectivité, auxiliaires de commande.
4. Tension nominale
C’est la tension maximale d’utilisation en courant continu ou alternatif. C’est
également la tension à laquelle se rapporte le pouvoir de coupure et de
fermeture du disjoncteur.
Un disjoncteur peut avoir plusieurs tensions nominales; chacune d’elle
correspondant à un pouvoir de coupure différent.
5. Courant nominal
C’est le courant que le disjoncteur est capable de supporter dans des conditions
d’essais spécifiés en service ininterrompu tout en respectant les limites
d’échauffement (température ambiante = 30°C).
Le courant nominal est déterminé en fonction de l’intensité du courant admissible
passant dans la section du conducteur à protéger.
6. Pouvoir de coupure
C’est l’intensité maximale du courant de court-circuit que peut couper le
dispositif de protection sans se détériorer et sans mettre en danger l’entourage,
dans les conditions de tension et de court-circuit déterminées par les normes.
Le pouvoir de coupure doit être au moins égal au courant de court-circuit
présumé au point d’installation du disjoncteur (Pdc > Icc max).
7. Courbes de fonctionnement
Les normes "produits" disjoncteur imposent au moins l’existence des courbes B,
C et D.
On choisira la courbe de fonctionnement du disjoncteur en fonction du type de
récepteurs (résistifs, inductifs) et de la ligne à protéger :
- la courbe B : le disjoncteur a un déclenchement magnétique relativement
bas (entre 3 et 5xIn) et permet d’éliminer les courts-circuits de très faible
valeur. Cette courbe est également utilisée pour les circuits ayant des longueurs
de câbles importantes, notamment en régime TN.
- la courbe C : ce disjoncteur couvre une très grande majorité des besoins
(récepteurs inductifs) et s’utilise notamment dans les installations domestiques.
Son déclenchement magnétique se situe entre 5 et 10xIn.
- la courbe D : cette courbe est utilisée pour la protection des circuits où
il existe de très fortes pointes de courant à la mise sous tension (ex: moteurs).
Le déclenchement magnétique de ce disjoncteur se situe entre 10 et 20xIn.
8. Questionnaire.
1. Représente un disjoncteur magnétothermique.
2. Comment fonctionne un disjoncteur thermique.
Si des surcharges sont provoquées par les récepteurs, en fonction du temps, la
lame va se déformer et entraîner l'ouverture du contact en 0,1sec au minimum.
3. Comment fonctionne un disjoncteur magnétique.
Si un défaut apparaît dans le circuit aval du disjoncteur, l'impédance du circuit
diminue et le courant augmente jusqu'à atteindre la valeur du courant de courtcircuit.
Dès cet instant, le courant de court-circuit provoque une violente aimantation de
l'armature mobile. Cela a comme conséquence d'ouvrir le circuit aval du
disjoncteur en 0,1sec au maximum.
4. En fonction de quels critères effectues tu le choix d’un disjoncteur ?
- de la norme d’installation : R.G.I.E, installation domestique ou industrielle, type
de récepteur, intensité d’emploi, courbes de fonctionnement.
- des normes produits.
- des caractéristiques du réseau : tension, fréquence.
- de l’environnement ; type de local, température, section et nature des câbles en
aval.
- des impératifs d’exploitation : sélectivité, auxiliaires de commande.
5. Explique « la courbe B ».
La courbe B : ce disjoncteur a un déclenchement magnétique relativement bas
(entre 3 et 5xIn) et permet d’éliminer les courts-circuits de très faible valeur.
Cette courbe est également utilisée pour les circuits ayant des longueurs de
câbles importantes.
6. Explique « la courbe C ».
La courbe C : ce disjoncteur couvre une très grande majorité des besoins et
s’utilise notamment dans les installations domestiques. Son déclenchement
magnétique se situe entre 5 et 10xIn.
7. Explique « la courbe D».
La courbe D : cette courbe est utilisée pour la protection des circuits où il
existe de très fortes pointes de courant à la mise sous tension (ex: moteurs). Le
déclenchement magnétique de ce disjoncteur se situe entre 10 et 20xIn.
COURS : Le disjoncteur différentiel
CI : Protection des personnes et des matériels
OBJECTIFS DU
COURS
LE DISJONCTEUR DIFFERENTIEL
•
Connaître le principe de fonctionnement d'un dispositif différentiel de protection des
personnes.
•
Savoir décoder un document constructeur afin de relever les principales caractéristiques
d'un dispositif différentiel de protection des personnes.
1. Dispositif de protection des personnes en schéma TT
Le disjoncteur différentiel à courant résiduel est utilisé, en particulier, chez chaque abonné. Il a pour rôle d’assurer :
La protection des circuits contre les surintensités dues aux surcharges ou aux courts circuits ;
La protection des personnes contre les contacts indirects (fuites de courant à la terre).
On distingue toutefois, différents types de différentiel.
• Le disjoncteur différentiel (Fig 1 : Abonné EDF). Protection des personnes et des matériels .
• Le relais différentiel (Fig 3). Il réalise la surveillance du circuit, il est réglable, il est associé à un dispositif de
coupure (interrupteur ou disjoncteur). La mesure du courant de fuite à la terre peut être réalisée par un tore
séparé (Fig 4).
• L’interrupteur différentiel (Fig 2), réalisant une surveillance du circuit et ne coupant celui ci qu’en cas de
courant de fuite à la terre.
Fig 4
Fig 3
Fig 1
Fig 2
2. Problème
Si une installation monophasée ou triphasée, présente un défaut d’isolement, par exemple un récepteur dont la masse est
reliée à la terre, le courant qui entre dans le récepteur I est différent du courant qui en ressort I-If. (If courant de fuite à la terre).
Si, du fait de la résistance de contact, le défaut n’est pas franc, les systèmes de protection contre les surintensités, les
surtensions, les baisses de tension ne fonctionnent pas, il y a risque d’électrocution par contact indirect.
I-I f
I
Récepteur
If
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COURS : Le disjoncteur différentiel
CI : Protection des personnes et des matériels
3. Principe de fonctionnement
Le dispositif différentiel comporte un circuit magnétique en forme de tore sur lequel sont bobinés le ou les circuits des
phases et du neutre.
En l’absence de fuite ou de courant résiduel de défaut, les flux produits par les bobines s’annulent, il ne se passe rien.
Si un défaut survient, le courant résiduel de défaut produit un déséquilibre des flux dans les bobines et un flux magnétique
dans le tore apparaît.
La bobine de mesure est le siège d’une force électromotrice (fem) qui alimente un petit électro-aimant provoquant le
déverrouillage du disjoncteur.
4. Disposition schématique
RESEAU
Ph
Bouton
d’enclenchement
N
Pôles principaux
Bouton de
déclenchement
Déclenchement
magnéto thermique
électro- aimant
Bobine de détection
Tore magnétique
Bobine de Phase
Bobine de Neutre
I
I-If
UTILISATION
Le système est analogue en triphasé mais comprend quatre bobines sur le tore (3 phases + neutre).
5. Seuil de réglage
On appelle courant de seuil le courant de réglage du disjoncteur différentiel I∆∆ N . Il existe une incertitude sur le courant de
déclenchement :
RIEN
POSSIBLE
CERTAIN
Id
∆ In
∆
On peut, dans certains cas, avoir des courants de fuite qui ne correspondent
pas à un défaut sur la partie protégée.
0
∆ In/2
éviter un déclenchement intempestif du DDR, il faut que le courant de fuite “normal” soit inférieur à I∆N /2.
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Pour
COURS : Le disjoncteur différentiel
CI : Protection des personnes et des matériels
6. Temps de déclenchement
Le temps de déclenchement du DDR est d’autant plus court que le courant de défaut est supérieur au courant de réglage.
Il existe quatre classes de DDR en fonction de leur temps de fonctionnement (déclenchement + coupure).
Classe
I∆∆N.
T.O.1
T.O.2
T1
T2
1000 ms
200 ms
1000 ms
200 ms
Id
2 I∆∆N.
150 ms
100 ms
250 ms
100 ms
10 I∆∆N.
30 ms
30 ms
150 ms
100 ms
D’autre part, pour des raisons de sélectivité, il peut être nécessaire
de retarder un déclenchement. Il y a trois types de retard :
Pas de retard ;
50 ms de retard ;
400 ms de retard.
7. Documentations
7.1.
Interrupteur différentiel
Page 3 / 6
COURS : Le disjoncteur différentiel
7.2.
CI : Protection des personnes et des matériels
Relais différentiel
Page 4 / 6
COURS : Le disjoncteur différentiel
7.3.
CI : Protection des personnes et des matériels
Tore pour relais différentiel
Page 5 / 6
COURS : Le disjoncteur différentiel
7.4.
CI : Protection des personnes et des matériels
Disjoncteur abonné
Bibliographie :
Catalogue distribution basse tension Schneider Electric
Electrosystème T STI et 1 STI : H. NEY (édition NATHAN Technique))
Page 6 / 6
Les Fusibles
1.1.Descriptions
C'est un élément de protection des circuits électriques .La partie active du fusible est un fil d'
alliage spécial qui , placé dans un circuit électrique , coupe le courant en fondant si l' intensité
atteint une certaine limite .
1.2.Symboles
1.3.Unités ; Formules
Il y a deux familles de fusibles , les rapides qui fondent de suite et les retardés ou temporisés
qui sont un peu plus lents .
Les différences pour les reconnaître :
Fil
Symboles
Fusibles Rapides
simple
F
Fusibles Retardés
simple ou spiralé
T ou D
1.4.Valeurs
Les dimensions standards :
Pour l' électronique
Généralement en verre
Pour la maison
Généralement en céramique
Pour la voiture
FKS
5 X 20 mm 0,1 à 10 A
6,35 X 32 mm 0,5 à 12 A
8,5 X 23 mm 4 à 16 A
8,5 X 31,5 mm 4 à 20 A
10,3 X 25,8 mm 10 à 16 A
10,3 X 38 mm 10 à 32 A
3 à 30 A
Les MICROFUSE TR5
Fusibles CMS
1.5.Variantes
Fusibles thermiques automatiques par bilames : ce type de fusible contient un bilame qui se
déforme à une température donné lors du passage d' un courant trop élevé .Lorsque la
température redescend le contact se rétablie si ce fusible est auto réarmable , sinon un petit
bouton permet de le réarmer manuellement .
Fusibles thermiques : ces fusibles fondent à une température donné .
Le PolySwitch
•
•
Le PolySwitch est un composé plastique chargé de particules carbonées qui, sous
l’effet d’un courant de défaut, subit une augmentation de température entraînant une
séparation de ces particules et augmentant ainsi la résistance interne du PolySwitch à
l’infini.
Il peut donc être assimilé à un fusible réarmable.
1.6. Utilisations
Comme c' est un élément de protection ont le retrouve en amont des circuits , au niveau du
transformateur sur le primaire pour éviter de faire disjoncter la ligne si celui est en défaut ou
après pour protéger le transformateur si un court circuit se produit dans le circuit .
Si le circuit électronique est alimenté en 220v avec des triacs ou thyristors qui pilotent des
sorties il est conseiller de placer des fusibles sur chaque sorties plutôt que sur l' alimentation
générale ainsi si une des sorties de puissance fait fondre un fusible ont sait de suite d' ou vient
le problème .
Pour réaliser un câblage électrique cohérent il faut que le fusible partant du tableau principale
soit d' une valeur la plus importante pour ensuite diminuer vers les appareils et puisse
supporter la somme de toute les intensités maximale de tout les appareils qui peuvent être
branché simultanément .
2.1.Composition
1.1.Descriptions
EDF fournit son énergie par le biais de deux conducteurs phase et neutre. En sortie du
transformateur électrique, EDF couple le neutre à la terre.
1.2.Symboles
Les appareils de classe I ont le symbole
collé (généralement) derrière
1.3.Unités ; Formules
Si un appareil électrique montre un défaut d'isolation entre
son système électrique et sa carcasse métallique, le risque
d'électrocution est élevé (exemple: machine à laver). En
effet, la personne qui touchera l'appareil servira de
conducteur électrique. Le courant passera de la machine à
la terre par son intermédiaire. En revanche, si la carcasse
de l'appareil est reliée à la terre, le fait de toucher l'appareil
défectueux n'entraîne pas d'électrocution. En effet, la
différence de potentiel entre la terre, la carcasse et la
personne est nulle.
Tous les appareils de classe I doivent être reliés à la terre.
Il s'agit le plus souvent des machines électriques, certains
chauffages, certains luminaires.
La résistance de la prise de terre est une donnée fondamentale pour optimiser la sécurité de
votre logement. La résistance de la prise de terre est fonction de la résistivité du sol. Celle-ci
dépend du type de sol sur lequel est installée la construction. La résistivité du sol dépend aussi
du climat : plus un sol est humide et plus sa résistivité est faible. Le gel et la sécheresse
augmente la résistivité. La résistivité du sol est indiquée en ohms/mètre.
Résistivité d'un terrain selon sa composition
nature du terrain
sol marécageux
résistivité moyenne
3 -30
limon
20-100
humus
10-150
tourbe humide
argile plastique
marnes et argiles compactes
marnes du jurassique
sable argileux
sable siliceux
sol pierreux
5-100
50
100-200
30-40
50-500
200-3000
1500-3000
sol pierreux et gazon
300-500
sol calcaire tendre
100-500
sol calcaire compact
1000-5000
schiste
50-300
micaschiste
800
granit et grès
1500-10000
granit et grès altérés
100-600
Résistance d'une prise de terre selon le type de terrain et la technique d'installation
arables gras
remblais
humide
arables
maigres
remblais
grossiers
sol
pierreux
sec sable
sec
boucle fond
de fouille
3-10
30-60
100-200
1 piquet
vertical de 2
mètres
2-75
220-300
750-1500
4 piquets
verticaux aux
angles
6-18
60-120
300-600
3-8
23-45
120-220
technique
utilisée
tranchée de
10 mètres
1.4.Valeurs
Si la résistance de votre prise de terre est supérieur à 100 ohms, il est impératif
d'installer des protections différentielles de 30 mA.
1.5.Variantes
1.6. Utilisations
Le conducteur de terre a pour couleurs le jaune et le vert. Pour des raisons de sécurité, il est
indispensable et même obligatoire de posséder un circuit général de mise à la terre qui sera
répartie dans l'habitation.
2.1.Composition
Le conducteur de terre a pour couleurs le jaune et le vert. Pour des raisons de sécurité, il est
indispensable et même obligatoire de posséder un circuit général de mise à la terre qui sera
répartie dans l'habitation. Il n'est pas difficile de réaliser ce dispositif. Il existe 4 types de mise
à la terre autorisés. Selon le cas, la qualité est plus ou moins bonne. La boucle à fond de
fouille étant la meilleur solution.
2.1.1.Boucle à fond de fouille
De loin, la technique la plus efficace, elle consiste à creuser une tranchée autour de la maison
puis à enterrer un câble dénudé qui formera une boucle. La résistance est de l'ordre de 100
ohms.
Vous devrez utiliser un fil de cuivre nu de 25 mm² (ou 95 mm² pour de l'acier galvanisé).
Résistance de la prise de terre = 2 X résistivité du sol (en ohms par mètre) / longueur de la boucle
2.1.2.Piquet vertical
Le piquet vertical est d'utilisation courante. Pourtant, cette technique est d'un résultat moyen
si elle est utilisée sur un sol pierreux, calcaire ou granitique; c'est à dire un terrain sec. Sur un
sol plutôt humide, cette technique offre une bonne qualité de résistance (très faible) et une
réalisation simple.
Elle consiste à planter un piquet dans le sol et d'y relier le conducteur de terre. Il est fortement
recommander de réaliser un regard de visite pour vérifier l'état de la connexion et la protéger
de la corrosion. La connexion peut être entourée d'un goudron ou d'un mastic.
A noter qu'il est possible de placer plusieurs piquets pour améliorer la qualité de la résistance.
Résistance de la prise de terre = (1 / nombre de piquets )x( résistivité du sol / longueur d'un piquet )
2.1.3.tranchée
Cette technique consiste à creuser une tranchée de 1 mètre de profondeur et de 10 mètres de
long et d'y placer un conducteur de cuivre nu de 25 mm². Si vous suivez les canalisations
d'eau, de gaz ou d'électricité, vous devez laisser un espace de 20 centimètres entre les deux
tranchées.
2.2.1.barrette de mesure
La borne principale de terre ou barrette de mesure est obligatoire pour l'installation d'une prise
de terre. Elle est intercalée entre le circuit principal de l'habitation et le conducteur de sortie
qui sera branchée dans le sol. Cette borne doit être facilement accessible et démontable.
Câblage
Dans ce chapitre nous traiterons des différents câbles et méthodes de câblage dans des
boîtiers , armoires , goulottes , câbles sous marins pourquoi pas ..
La section du câble, exprimée en mm², doit toujours correspondre à la puissance du circuit.
Pour les circuits d'éclairage domestique de 10A, la section est de 1,5 mm2.
Les câbles de 2,5 mm2 sont destinés aux circuits de prises.
Enfin pour les circuits prises de 32A qui concernent les appareils de cuisson, la section du
câble doit être de 6 mm2
Matériaux
Le cuivre
Bonne conductivité, métal malléable.
•
Fil cylindrique.
o Le cuivre est le métal le plus utilisé pour faire des fils et câbles électriques. On
l'utilise soit en fil de section cylindrique mono-brin (rigide), soit en section
toujours cylindrique mais multibrins ou (souple). Pour le rendre plus souple, il
est utilisé en alliage.
•
Le fil de cuivre est isolé avec un verni, quand on l'utilise pour la fabrication
des bobinage, transformateur, électro-aimant.
o Une peau de plastique coloré dans la majorité des autres cas assure son
isolation tout en lui conservant ses propriétés d'adaptation de forme.
o
•
o
Le fil de cuivre est très souvent assemblé en câble tressé, comportant de deux à
plusieurs centaines de fils. Ces câbles sont parfois munis (entourés)d'un ou
plusieurs écrans faits d'une feuille d'aluminium et ou d'une tresse de cuivre.
Dans certain cas, on arme le câble avec une feuille (feuillard) d'acier, afin qu'il
puisse résister à des conditions mécaniques difficiles: câbles en sous sol, câbles
sous-marins.
o
Autre fois on utilisait une tresse de coton et parfois du papier pour l'isolation
des fils, ces techniques ont disparues pour des raisons de sécurité et de coût.
•
•
Barre.
•
o
Pour la distribution de grands courants, dans les installations industrielles et les
armoires de distribution électrique, on utilise le cuivre en barres plates non
isolées. Ces barres (jeux de barres) sont utilisées à la place de câbles pour une
raison évidente de coût, mais aussi de connectivité et de rigidité.
L' aluminium
Bonne conductivité, métal léger, peu malléable.
•
L'aluminium est souvent utilisé dans le transport d'électricité de grande puissance
lorsque la section du câble et sa longueur élimine le cuivre à cause de sa masse
spécifique plus élevée. Il est quasiment exclusivement utilisé en âmes à brins multiples,
du fait des sections en jeux et de sa relative rigidité.
Des normes règlementent et définissent les couleurs des fils à employer :
Rouge (ou noir, marron, ou autres couleurs EXCEPTE bleu, vert et jaune) : Phase
Vert et jaune : EXCLUSIVEMENT fil de terre
Bleu : neutre
Les composants des câbles et fils électriques
Le fil
A : Enveloppe protectrice en plastique
B : Âme en cuivre conductrice
Le câble
C : Gaine générale de recouvrement
D : Enveloppe des fils
E : Bourrage élastique ou plastique
F : Âme des fils
Le code couleur
G : Phase
H : Fil de terre
I : Neutre
Autre impératif : Il faut respecter la puissance maximale admissible pour les sections en
fonction de la longueur et de la puissance. En effet, plus la longueur augmente, plus la
puissance transportable diminue.
Puissances maximales théoriques admissibles en W sur les fils en fonction de la
longueur de raccordement et de la puissance
Section en mm²
0,5
0,75
1
1,5
2,5
4
6
10
16
Intensité maxi en
Ampères (A)
3
6
10
16
25
30
40
60
80
690
1 380
2
300
3
680
5
750
6
900
9
200
13
800
18
400
25 m
1 380
2
300
3
650
5
750
6
900
9
200
13
800
18
400
30 m
1 380
2
300
3
040
5
020
6
900
9
200
13
800
18
400
33 m
1 380
2
160
2
760
4
560
6
900
9
200
13
800
18
400
35 m
1 380
2
040
2
600
4
300
6
900
9
200
13
800
18
400
40 m
1 320
1
780
2
280
3
760
6
400
8
740
13
800
18
400
50 m
1 050
1
420
1
820
3
010
5
300
7
200
12
100
18
400
910
1
500
3
000
3
600
6 000
9 600
Longueur
De 2 à 20 m
100 m
Section des câbles
Il faut déterminer avec soin la bonne section des câbles. Trop fins, ils chauffent et les pertes
par effet Joule sont inacceptables. Trop gros (pour les forts courants) ils sont inutilement
lourds et chers.
La section se calcule en fonction de la chute en ligne :
S= r0 * L * I / V
r : résistivité du cuivre = 0.021 ohms2/m
L : longueur totale (aller+retour) en m
I : Courant en A et V la chute de tension.
Soit pour un fil de 10 m, un courant de 10 A et une chute de 1 V : S= 0.021* 10 * 10 /1 = 2.1
mm2
C'est une chute importante, il ne faudrait pas dépasser 0.85 V de perte par effet Joule , nous
prendrons donc :
Section minimale de 2.5 mm2 pour 10 A et 10 m (perte 0.85 V).
Pour un guindeau par exemple avec deux longueurs de 10 m et 100 A, la section minimale
sera 2.5*2*10 soit 50 mm2 (une petite fortune...).
Pour les courants faibles et fils courts, n'hésitez pas à être très surabondants. N'oubliez pas
que les chutes peuvent être très fortes sur de mauvaises connexions, cosses mal serrées et fils
oxydés. Ce sont de perfides causes d'incendie.
Tous les fils ne sont pas égaux, certains sont très médiocres (cuivre impur, mauvais isolant...)
et s'oxydent vite, il est préférable de les éviter à bord.
Les accidents et dommages électriques
Installation et utilisation aux normes.
Dans les installations électriques respectant les normes, le danger est
relativement peu important, toutefois il existe quand même et est souvent du à
des négligences.
1.) non observation des recommandations par exemple, s’assurer de la bonne
ventilation d’un appareil en fonctionnement.
2.) Précautions par rapport au voisinage de produits inflammables.
3.) Respect des consignes d’utilisation d’un appareil.
4.) Ne pas détourner l’utilisation d’un appareil de sa fonction première.
5.) Branchements sauvages avec rallonges et fiches multiples, et pire encore
branchement d’appareils sur le circuit lumière avec des douilles voleuses.
Dans tous ces cas, les organes de protections ainsi que le matériel électrique doit
pouvoir assurer la sécurité des biens et des personnes. (disjoncteurs thermiques
différentiels fusibles).
Rappel
1.) fils de 1.5 mm² pour la lumière
2.) fils de 2.5 mm² pour les prises 20 ampères
3.) fils de 4 mm² pour les prises de 20 ampères pour de grandes longueurs
4.) fils de 6 mm² pour les prises de 32 ampères.
ET TOUJOURS
LA BONNE FICHE DANS LA BONNE PRISE
Cas des installations anciennes et non homologuées
Les cas d’exemples de mauvaises utilisations mentionnées auparavant
deviennent cette fois un danger réel de mort par électrocution ou par incendie.
En cas d’absence ou de mauvais disjoncteur différentiel l’électrocution peut
arriver à tout moment, selon l’état et l’utilisation des appareils électriques qui
sont utilisés.
En cas d’absence ou de mauvais fusibles, la ligne électrique peut chauffer (effet
joules) et faire brûler les conduits électriques ainsi que rideaux moquettes etc..
En cas de court circuit, le tableau peut s’enflammer ainsi que le voisinage.
En cas d’utilisation de fiches multiples et rallonges, les câbles et lignes vont
chauffer lentement et peuvent engendrer des gaz et fumées toxiques
La proximité d’appareils électriques mal utilisés ( bricolés, prises remplacées)
avec une bouteille de gaz dont le tuyau est périmé….
Les câbles d’alimentations maltraités, mal isolés voire dénudés peuvent des
accidents en cascades.
Rappel
Lorsque la prise d’alimentation est défectueuse, il faut changer l’ensemble du
câble d’alimentation. En effet les prises doivent être moulées avec le câble.
En électricité, bricolages et bidouillage sont sources de grands malheurs
Les mauvaises habitudes de Monsieur Toulemonde
Monsieur Toulemonde est un consommateur moderne, peu écologique et très
individualiste.
C’est aussi un amateur de produits haute technologie dont il ignore tout…..
Un téléphone portable équipé d’une batterie lithium ion peut en cas de court
circuit enflammer son voisinage.
De même pour un ordinateur portable.
Les chargeurs avec transformateur peuvent également chauffer et provoquer un
court circuit.
Les chargeurs qui sont branchés en permanence et qui fonctionnent avec une
alimentation switch-mode.
Tous les appareils laissés en veille en permanence sont un danger potentiel les
téléviseurs, ordinateurs, consoles de jeux, baladeurs et chaînes hi-fi.
Certains appareils électroménagers ou autres importés en masse, bien souvent
sont dangereux, car mal conçus et mal protégés.
Monsieur Toulemonde a des enfants qui possèdent plein de jouets made in (je ne
sais où ) fonctionnant avec des piles et comme chacun sait une simple pile peut
déclancher l’incendie d’un appartement.
Et oui, des piles jetées dans une poubelle avec du papier et des déchets
métalliques peuvent enflammer le papier, qui enflamme la poubelle, qui
enflamme les rideaux, qui enflamment l’appartement et qui enflamme tout le
quartier…. Et tout cela pour de simples piles jetées au hasard.
L’incendie de Rome sous le règne de Néron ?
C’est dingue non ?????