RéseausElectriques

Par : A.OUCHATTI

FST - SETTAT Réseaux électriques 1

Réseaux électriques

Sommaire Transport de l’énergie électrique ;

Nécessitée de transport de l’énergie électrique en THT ;

Postes d’interconnections et Postes de transformations ;

Transformateurs monophasé et triphasé;

Protections et régimes du neutre ;

1- Structure d’un réseau d’énergie électrique

Un réseau d'énergie électrique est un système comprenant production, transport,répartition et distribution de l’énergie, étape finale pour l'alimentation desconsommateurs domestiques, industriels...

Fig.1 : Exemple de la structure d’un réseau électrique.

a) Nécessitée de transport de l’énergie électrique en Triphasé :

Caractéristique Matériaux Cuivre Alu AMS Acier

Résistivité à 10°C: x10-9 Ω.m 17.6 28.2 32.7 150

Masse volumique x103 kg.m -3 8.9 2.7 2.7 7.8


b) Nécessitée de transport de l’énergie électrique en THT :

Pertes et Chute de tension pour la même puissance transportée P : En Basse Tension : BT

En THT

Pour la transmission de l'énergie électrique, il est économiquement intéressant d'augmenter la tension, carcela limite les affaiblissements d'énergie par effet Joule. En effet, à puissance délivrée constante, plus latension est élevée et plus l'intensité passant dans les câbles est faibles, donc moins d'échauffement, ce quipermet entre autre de réduire la section des câbles, d'où une économie considérable, surtout quand on regardele prix des matières premières. Les niveaux utilisés pour les transmissions à grande distance sont généralemententre 400 kV et 800 kV, qualifiés de très haute tension (dénomination actuelle : haute tension B).

c) Nomenclature :

DomainesCourant alternatif

(volts

Courant continu lisse

(ondulation < 15%)

HTB U > 50 kV U > 75 kV

HTA 1 kV < U ≤ 50 kV 1,5 kV < U ≤75 kV

BTB 500 V < U ≤ 1 kV 750 V < U ≤1,5 kV

BTA 50 V < U ≤ 500 V 120 V < U ≤ 750 V

TBT U ≤ 50 V U ≤120 V

Fréquences : 50 Hz en Europe60 Hz Angleterre - USA400 Hz Avions, ...

Tensions : HTB : 220 kV et 60 kV : transport et distribution60 kV : alimentation des installations de puissance > 12 MW

HTA : 20 kV : alimentation des installations de puissance jusqu'à 12 MW3 kV et 5,5 kV : alimentation des installations de puissance comprise entre100 et 1500 kW

BTB : 690 ≈ 400√3 VBTA : 230 V et 400 ≈ 230√3 V : distribution à usage domestique ou artisanalTBT : établie en relation avec la tension limite conventionnelle de sécurité UL.

N

Ph1

Ph2

Ph3

L

V1 V’’1

m>>1 M<<1

V

U U’

N

Ph1

Ph2

Ph3

L

V1 V’1


Le système est associé depuis la haute tension (150 - 765 kV) conçue pour interconnecter lescentrales de production et transmettre la puissance de ces centres de production vers les points decharges les plus importantes. La répartition s'effectue à un niveau plus faible (HT 70 - 150 kV)reliant le niveau de transport et le niveau de distribution (MT de 1 à 70 kV, BT < 1 kV).Le choix de la tension dépend de nombreux facteurs : les pertes, la stabilité, etc...

Fig.2 : Exemple d’Organisation du transport et de la distribution d’énergie électrique

d) Constitution d’un réseau électrique (Equipements) :

Le réseau est constitué de lignes aériennes ou de câbles souterrains et de postes, à diversniveaux de tension.

Le cheminement de l’électricité se fait par des lignes aériennes (pylônes et câbles) ou parliaisons souterraines (de plus en plus importante avec les intempéries)

d-1) Lignes aériennes :

Les pylônes :

Les pylônes ont pour rôle de maintenir les câbles à une certaines hauteurs du sol afind’assurer la sécurité. Le type des pylônes utilisés dépend des lieux (la topologie des sites et leclimat).

On distingue aussi les pylônes d’ancrage et les pylônes de suspension. Lorsqu’il se situe depart et d’autre d’une longueur de câbles d’un seul tenant appelé canton, ils stabilisent l’ensembledes autres pylônes, ce sont des pylônes de suspension.


Les isolateurs :

Les isolateurs ont un rôle électrique et un rôle mécanique : rôle électrique : ils assurent l’isolement électrique entre le conducteur (ligne) et la

masse (pylône). rôle mécanique : ils sont conçus pour résister aux efforts dus aux conducteurs. Les

chaînes dites en V ont un rôle de limitation de balancement de la ligne.Les isolateurs dépendent des pylônes, ils sont dits de suspension ou d’ancrage.

d-2) câbles :

Il se produit des pertes du à la résistance des conducteurs qui se traduit (selon la loi d’Ohm)par une chute de la tension le long des câbles et par une dissipation d’énergie (effet Joule). Cecientraîne l’échauffement des conducteurs. Ces phénomène sont limités, de l’ordre de 5A/mm²jusqu’à 0.7-1 A/mm² pour les grosses sections.

• Les câbles à très haute tension :• Les câbles de moyenne tension :

Ce type de câble est utilisé pour les tensions de 20KV. Il est constitué de 3 conducteurs dephase autour d’un conducteur de terre dans lequel est incorporé un élément optique. L’isolant estle polyéthylène réticulé qui remplace le papier imprégné sous gaine de plomb utiliséantérieurement.

• Les câbles de basse tension :Ce type de câble est utilisé pour les

tensions de 600V à 1000V. Ils peuvent êtreinstallés « tendu sur poteaux », «tendu surfaçade » et « posé sur façade ».

Ils sont constitués de trois conducteurs dephase isolés et assemblés autour d’unconducteur isolé servant de porteur.


d-3) Postes :

Par définition, un poste (une sous-station) est une installation d’organes de liaison etd'organes de manœuvre où parvient l'énergie des centrales et d'où cette énergie est orientée versles centres de consommation.

Les postes électriques ont 3 fonctions principales :

le raccordement d'un tiers au réseau d'électricité (aussi bien consommateur que producteur typecentrale nucléaire)

l'interconnexion entre les différentes lignes électriques (assurer la répartition de l'électricité entre lesdifférentes lignes issues du poste)

la transformation de l'énergie en différents niveaux de tension.

Les types de postes électriquesIl existe plusieurs types de postes électriques :

Postes de sortie de centrale : le but de ces postes est de raccorder une centrale de production de l'énergieau réseau ;

Postes d'interconnexion dites encore directes (ou d’aiguillage): le but est d'interconnecter plusieurslignes électriques a même tension (sans transformateur de liaison);

Postes élévateurs : le but est de monter le niveau de tension, à l'aide d'un transformateur ;

Postes de distribution : le but est d'abaisser le niveau de tension pour distribuer l'énergie électrique auxclients résidentiels ou industriels.

L'aspect des postes électriques varie fortement suivant leurs fonctions. Les postes peuvent être en surfaceà l'intérieur d'une enceinte, souterrains, dans des bâtiments qu'ils desservent.

Le schéma (topologie) de ces postes dépend principalement de deux aspects :1) niveau de sécurité d’exploitation ;2) Niveau de souplesse désiré.

Réseau en arbre+ facilité de gestion et de protection- manque de fiabilité de l’alimentation

Réseau bouclé+ fiabilité de l’alimentation- difficulté de gestion et de protection

Fig.3 : Réseau en arbre Fig.4 : Réseau bouclé


Les éléments constituant un poste :

On distingue parfois les éléments d'un poste en "éléments primaires" (les équipements haute tension) et"éléments secondaires" (équipements basse tension)

Parmi les équipements primaires, on peut citer :

Transformateur électrique ; Autotransformateur électrique ; Disjoncteur à haute tension (Appareillage de manœuvre et protection); Sectionneur (isolation : dont la principale fonction est d’assurer l'isolement du circuit qu’il

protège (en anglais :"isolator")) ; Parafoudre (protection) ; Transformateur de courant (Appareillage de mesure des courants) ; Transformateur de tension (Appareillage de mesure des tensions) ; Jeu de barre (Appareillage de liaison) Batterie de condensateurs (Appareillage de régulation : compensation de l’énergie réactive) ; Services auxiliaires BT, courant alternatif et courant continu (Parmi les éléments secondaires on peut

citer : alimentations des moteurs de commande, la signalisation, les verrouillages, le chauffage,l’éclairage, télécommande, télésignalisation, télémesure...)

Fig.5 : poste à un jeu de barre à undisjoncteur par départ, avec sectionnement.

Fig.6 : poste à deux jeux de barres à undisjoncteur par départ, avec sectionnement.

e) Ajustement de la production à la consommation (dispatching) :

Comme le montre la figure suivante, il est nécessaire d’ajuster en permanence la productiond’énergie électrique pour qu’elle corresponde à la demande. Une surproduction ou une sous-production peut conduire à un effondrement du système électrique et donc à une absenced’énergie électrique.

Fig.7 : Exemple de la consommation en électricité pendant une journée.


Étant donné les diverses propriétés de ses sources d’énergie, elles sont interconnectées.

Le nucléaire ayant un faible coût mais une faible possibilité de modulation (variation rapide de lapuissance fournie), il sera utilisé pour fournir une puissance correspondant à la puissance moyennedemandée sur le réseau électrique. Les centrales hydrauliques et thermiques permettront d’ajuster plusfinement la puissance disponible sur le réseau pour qu’elle corresponde à la demande desconsommateurs. La gestion des ressources électriques et du réseau électrique s’appellent le dispatching.

Il se base sur des prévisions de la consommation. De minuit à 4 heures du matin la population dortcomme l’indique la courbe de charge : la consommation est plus faible. La consommation électrique enhiver est différente de la consommation estivale (ou hivernale) …

L’interconnexion du réseau sur un vaste territoire permet de moyenner la demande en électricité surtout le territoire et donc d’éviter de forts pics de consommation dans la demande d’électricité (passagejour-nuit, …). Elle garantit également la continuité de l’alimentation. Un autre outil a également étédéveloppé pour réduire les variations de demande d’énergie : la tarification heure creuse heure pleine.

Conclusion :

Les principales fonctions du dispaching sont d'assurer :

l'équilibre entre la production et la consommation d'électricité à l'échelle du territoire national et decompenser les déséquilibres intra, interrégionaux et internationaux,

le secours mutuel entre pays interconnectés dès que l'un deux enregistre un déficit de production ou uneconsommation accrue, afin de limiter les risques de panne électrique généralisée,

les échanges d'énergie sur l'ensemble du territoire marocain et avec les pays voisins dans le cadre dumarché méditerranéen de l'électricité.

2- Transformateurs monophasé :

Le transformateur est un convertisseur d’énergie électrique AC/AC isolé. Les deux fonctions principalessont la transmission isolée d’énergie et la modification du niveau de tension d’une source alternative.

Circuit magnétique seul Réalisation du circuit magnétique par empilement de tôles

Les tôles ont une épaisseur entre 0,4 et 0,7 mm. L’empilement de plan des tôles en " E " et en " I " avecalternance des joints entre le " E " et le " I " permet de fabriquer le circuit magnétique. L’ensemble forme unbloc cohérent quand cet ensemble est collé par serrage grâce aux systèmes vis écrous. Les plans de tôle sontisolés électriquement entre eux par un vernis (réduction des pertes par courant de Foucault).

a) Modélisation du transformateur :

Transformateur idéal

Hypothèses pas de pertes dans les conducteurs pas de pertes dans le noyau magnétique perméabilité infinie du circuit magnétique couplage magnétique parfait des enroulements

Symboles :


ÉquationsLe noyau magnétique de section droite S est homogène.

Les deux contours C1 et C2 sont symétriques par rapport à l’axe XX’ et enlacent les mêmes courants ets’appuient sur des circuits magnétiques de mêmes dimensions. C’est donc la même induction B qui circulesur ces deux contours.On a : (formule de Boucherot)

e1=4,44.N1.Bmax.f.S

e2=4,44.N2.Bmax.f.S

e1 : Tension au primaire du transformateur ;e2 : Tension au secondaire du transformateur ;N1: nombre de spires au primaire ;N2: nombre de spires au secondaire ;Bmax : induction maximal dans le circuit magnétique [en Tesla]f : fréquence [en Hz]S : section du circuit magnétique [en m2]

d’où:

= ≈ =

avec :m : Rapport de transformation ;

Observations

L’application d’une composante continue de tension sur les enroulements sature le matériau magnétique, dans cecas le courant appelé tend vers l’infini. Le transformateur ne supporte pas les tensions continues.

Si la source d’énergie est connectée à l’enroulement 1, ce dernier porte le nom de primaire, l’enroulement 2s’appelle alors le secondaire.

La forme d’onde de e2 est la même que celle de e1.

La forme d’onde de i1 est la même que celle de i1.

Les signaux doivent être alternatifs (sinusoïdaux, carrés, triangulaires,…).

e1.i1 = e1.m.i2 = e2.i2, la puissance instantanée appliquée au primaire est directement transférée au secondaire sansaccumulation d’énergie. D’autre par la puissance est conservée bien que les tensions et courants au primaire etau secondaire soient différents.

Si la source d’énergie est une source de tension, la tension e1 est imposé et indirectement e2 telle que e2 = m.e1. Lacharge connectée au secondaire appelle un courant i2 (loi d’Ohm). Le courant i1 est alors la conséquence de i2 aurapport m près.

Transformateur réel

Bilan des imperfections : Pertes par effet Joule dans les conducteurs (aux enroulements primaire et secondaire) ; Pertes dans le noyau magnétique par courant de Foucault et par hystérésis ; perméabilité finie du circuit magnétique (saturation du circuit magnétique) ; couplage magnétique imparfait des enroulements :


Les éléments du modèle sont parfaits et chacun correspond à la prise en compte d’une imperfection autourd’un transformateur parfait de rapport de transformation m :

R1 = résistance du fil de l’enroulement primaire

R2 = résistance du fil de l’enroulement secondaire

m = rapport de transformation

Rpf est une résistance image des pertes fer (Pf) : Pf = E12/Rpf.

Lm est l’inductance de magnétisation.

N1.i1 – N2.i2 = R.Lm.i10 (R est la réluctance du noyau magnétique).

lf1 et lf2 sont respectivement les inductances de fuite primaire et secondaire.

Modélisation à partir de l’hypothèse de Kapp :

Hypothèse de Kapp :Le flux magnétique dans le circuit magnétique est invariant vis à vis de l’état de charge du transformateur.L’induction maximale dans le fer est Bmax = E1/(4,44.N1.S.f). Faire l’hypothèse que Bmax est constante vis

à vis de i1 et i2 équivaut à considérer constante la tension sur l’inductance de magnétisation.Autre conséquence de l’hypothèse de Kapp, les pertes fer sont constantes. Cela revient à placer Lm et Rpf

en tête du modèle.

Vu des bornes du secondaire le transformateur est un générateur de tension :

La résistance Rs parcourue par i2 doit dissiper l’ensemble des pertes Joule du transformateur,Rs.I22 = R2.I2

2 + R1.m2.I22. Donc : Rs= R2 + m2.R1

L’impédance Xs parcourue par i2 doit consommer la même puissance réactive que lf1 et lf2,Xs.I22 = lf2..I22 + lf1.m2.I22. Donc : Xs = (lf2 + m2.lf1).

Équation de la maille du modèle vue du secondaire : V2 = m.V1 – Rs.I2 – jXs.I2

Le diagramme de Fresnel associé est appelé diagramme de Kapp :


En fait dans un transformateur de distribution Rs.I2 et Xs.I2 sont très petits devant V2 et m.V1. Alors lesvecteurs mV1 et V2 ont pratiquement la même direction. Hypothèse d’Arnold : ces deux vecteurs mV1 et V2 ont même direction.

Dans l’hypothèse d’Arnold les vecteurs V2 et mV1 sont colinéaires et la chute de tension au secondaireU2 se calcule algébriquement. U2 = mV1 – V2

Sur la figure U2 correspond à OB = OA + ABOA = Rs.I2.cosAB = Xs.I2.sin

U2 = Rs.I2.cos+ Xs.I2.sin

b) Détermination expérimentale des paramètres du transformateur :

Cette expérimentation s’effectue lorsqu’il faut prévoir le comportement d’un transformateur et que l’essaidirect est impossible. Les essais ne doivent mettre en jeu que des faibles puissances :

Essai à vide :

On mesure sous V1 = V1n à f = fn :

P10 : puissance à vide;I10 : courant primaire à vide;V20 : tension secondaire à vide.

On trouve facilement : Rpf = V102/P10

Cos10 = P10 / (VI0.I10)Q10 = P10.tg10

Lm = V102 / Q10

m = V20 / V10

Essai en court circuit sous tension réduite :

On mesure à I2n = I2cc et f = fn :, V1cc, I1cc.P1cc : puissance en court-circuit;I1cc : courant primaire en court-circuit;V1cc : tension primaire réduite.

On trouve facilement : Rs = Pcc / I2cc2

coscc = Pcc / (V1cc.I1cc)Xs = Rs.tgcc

c) EXERCICES SUR LE TRANSFORMATEUR :

La puissance apparente d’un transformateur monophasé 5,0 kV/230 V ; 50 Hz est S = 21 kVA. La sectiondu circuit magnétique est s = 60 cm2 et la valeur maximale du champ magnétique Bmax =1,1T.

L’essai à vide a donné les résultats suivants :

U1 = 5 000 V ; U2V = 230 V ; I1V = 0,50 A et P1V = 250 W.


L’essai en court-circuit avec I2CC = I2n a donné les résultats suivants :

P1CC = 300 W et U1CC = 200 V.

1- Calculer le nombre de spires N1 au primaire.2- Calculer le rapport de transformation m et le nombre N2 de spires au secondaire.3- Quel est le facteur de puissance à vide de ce transformateur ?4- Quelle est l’intensité efficace du courant secondaire I2n ?5- Déterminer les éléments RS ; ZS et XS de ce transformateur.6- Calculer le rendement de ce transformateur lorsqu’il débite un courant d’intensité nominale

dans une charge inductive de facteur de puissance 0,83.

d) Exercice 2 :

L’étude d’un transformateur monophasé a donné les résultats suivants :

Mesure en continu des résistances des enroulements à la température de fonctionnement : r1 = 0,2Ω et r2=0,007Ω.

Essai à vide : U1 = U1n = 2 300 V ; U2V = 240 V ; I1V = 1,0 A et P1V = 275 W.

Essai en court-circuit : U1CC = 40 V ; I2CC = 200.

1- Calculer le rapport de transformation m.2- Montrer que dans l’essai à vide les pertes Joule sont négligeables devant P1V.3- Déterminer la valeur de la résistance ramenée au secondaire RS.4- Calculer la valeur de P1CC.5- Déterminer XS.6- Déterminer par la méthode de votre choix, la tension aux bornes du secondaire lorsqu’il débite

un courant d’intensité I2 = 180 A dans une charge capacitive de facteur de puissance 0,9.7- Quel est alors le rendement.

3- Transformateur triphasé :

Constitution :

En pratique, pour faciliter la construction, ondispose les 3 colonnes restantes dans un même plan.

Représentation conventionnelle :

(la partie grisée sur le couvercle a été ajouté dans un butpédagogique; il doit être supprimé sur un schéma normalisé).

A, B, C sont les bornes haute tension,a, b, c, sont les bornes basse tension.

Nous supposons toujours les bobines haute et basse tensionsenroulées dans le même sens.

Indice horaire

Pour un transformateur monophasé les tensions au primaire et au secondaire ne peuvent être déphaséesque de 0 ou 180° suivant les sens d'enroulement; pour un transformateur triphasé alimenté par un réseauéquilibré, le déphasage des tensions en ligne HT et BT peuvent prendre toutes les valeurs multiples de 30°.Un angle de 30° représentant l'écart entre deux chiffres consécutifs sur le cadran d'une horloge.

Soit =(uab , uAB) le déphasage, compté dans le sens trigonométrique direct, de la tension composéeHT par rapport à la tension BT; nous appelons indice horaire du transformateur le nombre Ih= (endegrés)/30.

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Couplages des transformateurs

1) Les enroulements haute tension d'un transformateur peuvent être reliés en étoiletriangle (D).

2) Les enroulements basse tension peuvent être montés en étoile (symbole y), en triangleZag (z).

L'association d'un mode de connexion de la haute tensioncaractérise un couplage du transformateur (Yz par exemple).

Rapport de transformation et couplagesétoile-étoile : étoile

Couplages et indices horaires correspondantsCouplage du transformateur

Yy6

Dy11

Yz 11

Yd11

Les couplages les plus utilisés sont : Yy0, Yy6, Yz5, Yz11, Dy5, Dy11.

Plaque signalétique d’un transformateur triphasé

m1

2

N

Nm


tension d'un transformateur peuvent être reliés en étoile

Les enroulements basse tension peuvent être montés en étoile (symbole y), en triangle

L'association d'un mode de connexion de la haute tension avec un mode de connexioncaractérise un couplage du transformateur (Yz par exemple).

et couplagesétoile-triangle : triangle-étoile :

s correspondantsCouplage du transformateur Diagramme et Indice horaire

: Yy0, Yy6, Yz5, Yz11, Dy5, Dy11.

Plaque signalétique d’un transformateur triphasé : La plus grande des deux tensions correspond aumontage en étoile.La puissance nominale ne dépend pas duMais le courant nominal en dépend

1

23N

Nm

1

2

3

1

N

N

12

tension d'un transformateur peuvent être reliés en étoile (symbole Y) ou en

Les enroulements basse tension peuvent être montés en étoile (symbole y), en triangle (d) ou en Zig-

avec un mode de connexion de la basse tension

triangle-triangle :

Diagramme et Indice horaire

6

11

11

11

grande des deux tensions correspond au

La puissance nominale ne dépend pas du couplage.e courant nominal en dépend.

1

2

N

Nm

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4- Réseau et Protection

a) Appareillage de protection

Désignation Symbole et Représentation

Sectionneur

Rôle : Le sectionneur est un appareil de connexiopour effectuer des opérations de maintenance, de dépannage ou de modification sur les circuitsélectriques qui se trouvent enn'a pas de pouvoir de coupure, ni de fermeture.

Fusible

Caractéristiques : Calibre ; Tension maximale

d’utilisation ; Dimensions.

Rôle : Le fusible permet ld’échauffement allant facilement jusqu'à l'inflammation dprovoquant couramment des incendies.Par contre, il ne protège en aucun cas les personnes contre les électrocutions

disjoncteur

Les Types des disjoncteurs Thermique : Le courant traverse le disjoncteur où des spires de fil chauffent par effet Joule un

bilame, à une certaine tempérale courant.

Magnétique : La forte variation d'intensité passe au travers des spires d'une bobine qui produit, uneforte variation du champ magnétique. Le champ ainsi créé déclenche l’ouveainsi protéger la source et une partie de l'installation électrique notamment les conducteursélectriques entre la source et le court

Différentiel : Un disjoncteur différentiel est uncoupure (extinction de l'arc) et réalisant également une protection contre le courant de(surcharge forte). Le principe d'un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) est de comparerles intensités sur les différents conducteurs qui le traversent. C'est un appareil de protection despersonnes et de détection des courants de fuite à la terre de l'installation électrique.


Appareillage de protection :

Symbole et Représentation Constitution et Caractér

un sectionneur est définit par : le nombre de pôles, la valeur de la tension assignée, le courant assigné, le ou les contacts auxiliaires, la nature de la commande.

Le sectionneur est un appareil de connexion qui permet d'isolerpour effectuer des opérations de maintenance, de dépannage ou de modification sur les circuitsélectriques qui se trouvent en aval. Le sectionneur, à la différence du disjoncteur ou de l'interrupteur,

a pas de pouvoir de coupure, ni de fermeture.

Tension maximale

Il existe principalement 2 Le fusible à usage général

une protection contre les surcharges et lescourts-circuits, le plus courant en

Le fusible accompagnement moteurqui est utilisé pour la protection contre lescourts-circuits uniquement (souvent associé àun autre élément protégeant contre lessurcharges), utilisé principalement dansl'industrie pour la protection des charges à fortcourant de pointe (moteurs, primaires detransformateurs entre autres).

e fusible permet l'ouverture du circuit (par fusion) lors d’uneéchauffement allant facilement jusqu'à l'inflammation des matériaux inflammables

quant couramment des incendies.Par contre, il ne protège en aucun cas les personnes contre les électrocutions

Rôle : Protection : interrompre lecas d'incident sur un circuit électrique. Il est capabled'interrompre un courant de surcharge ou uncourt-circuit dans une installation. Sa principalecaractéristique par rapport auréarmable.

Les Types des disjoncteurs :: Le courant traverse le disjoncteur où des spires de fil chauffent par effet Joule un

bilame, à une certaine température le bilame se déclenche ouvrant le contact et interrompant ainsi

: La forte variation d'intensité passe au travers des spires d'une bobine qui produit, uneforte variation du champ magnétique. Le champ ainsi créé déclenche l’ouveainsi protéger la source et une partie de l'installation électrique notamment les conducteursélectriques entre la source et le court-circuit.

: Un disjoncteur différentiel est un interrupteur différentielcoupure (extinction de l'arc) et réalisant également une protection contre le courant de

Le principe d'un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) est de comparerles intensités sur les différents conducteurs qui le traversent. C'est un appareil de protection des

s et de détection des courants de fuite à la terre de l'installation électrique.

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Constitution et Caractéristiques

un sectionneur est définit par :le nombre de pôles,la valeur de la tension assignée,le courant assigné,le ou les contacts auxiliaires,la nature de la commande.

d'isoler (c'est sa fonction) un circuitpour effectuer des opérations de maintenance, de dépannage ou de modification sur les circuits

Le sectionneur, à la différence du disjoncteur ou de l'interrupteur,

2 types de fusibles :usage général (fusible gG) offrant

ne protection contre les surcharges et les, le plus courant en domestique.

accompagnement moteur (fusible aM)qui est utilisé pour la protection contre les

circuits uniquement (souvent associé àun autre élément protégeant contre lessurcharges), utilisé principalement dans

protection des charges à fortcourant de pointe (moteurs, primaires detransformateurs entre autres).

du circuit (par fusion) lors d’une surintensité (risquees matériaux inflammables …)

Par contre, il ne protège en aucun cas les personnes contre les électrocutions.

: interrompre le courant électrique encas d'incident sur un circuit électrique. Il est capable

e un courant de surcharge ou un courant dedans une installation. Sa principale

caractéristique par rapport au fusible est qu'il est

: Le courant traverse le disjoncteur où des spires de fil chauffent par effet Joule unture le bilame se déclenche ouvrant le contact et interrompant ainsi

: La forte variation d'intensité passe au travers des spires d'une bobine qui produit, uneforte variation du champ magnétique. Le champ ainsi créé déclenche l’ouverture des circuits etainsi protéger la source et une partie de l'installation électrique notamment les conducteurs

interrupteur différentiel possédant un pouvoir decoupure (extinction de l'arc) et réalisant également une protection contre le courant de court-circuit

Le principe d'un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) est de comparerles intensités sur les différents conducteurs qui le traversent. C'est un appareil de protection des

s et de détection des courants de fuite à la terre de l'installation électrique.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Symbole_Sectionneur_porte-fusible.png

http://fr.wikipedia.org/wiki/Court-circuit

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectricit%C3%A9_domestique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_électrique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_de_court-circuit

http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_de_court-circuit

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusible_(électricité)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Interrupteur#Interrupteur_diff.C3.A9rentiel

http://fr.wikipedia.org/wiki/Court-circuit


b) Régimes du neutre :

Pour détecter, contrôler et supprimer un défaut d’isolement survenant dans une installation électrique ; il aété établi différents régimes du neutre, caractérisant le type de distribution de l’énergie électrique partensions sinusoïdales triphasées équilibrées.

Un régime de neutre se caractérise par deux lettres (TT, IT ou TN) :1ère lettre : définit la situation du neutre par rapport à la terre ;2ème lettre : définit la situation des masses par rapport à la terre.

RégimeConnexion du Neutre de

l'installationConnexion des Masses des

équipementsUtilisation courante

TT Neutre relié à la terre Masses reliées à une prise de terre Installation domestique

TN Neutre relié à la terre Masses reliées au neutre Installation industrielle

ITNeutre isolé ou relié à la terrepar une impédance

Masses reliées à une prise de terreSi continuité de serviceexigée

NB :

Si l'usager n'est pas propriétaire du transformateur : le régime TT est imposé par l’ONE ;

Si l'usager est propriétaire du transformateur : régime TT, TN ou IT

Exemples de situations où le régime IT est obligatoire : bloc opératoire, verrerie, nucléaire, immeuble degrande hauteur, ...

Dispositif de protection (Disjoncteur différentiel),

TT (Terre - Terre)

Courant de défaut : V : tension entre phase et neutre ;Rn,u : résistances des prises de terre ;Icc : courant de défaut (court-circuit) :

Icc =V/(Rn + Ru)Uc : tension de contact entre la masse de l’équipement et le sol :

Uc = Ru.IccIl faut : Uc < UL

IDn : seuil de déclenchement du DDR(dispositif différentiel de protection) :

IDn < UL/Ru


TNS (Terre - Neutre avec N et PE Séparés): TNC (Terre - Neutre avec N et PE communs) :

Courant de défaut : V : tension entre phase et neutreZd : impédance de la boucle de défaut (dépend

essentiellement de la longueur de la ligne)

Icc : courant de défaut (court-circuit) : Icc=V/ZdUc : tension de contact entre la masse del’équipement et le sol : Uc = V

Il faut : t(Uc) < t(limite)If : courant de fonctionnement du dispositifde protection dans le temps limite If < Icc

Temps maximal de coupure (norme C 15-100) : Tension nominale (AC) temps de coupure maxi120 - 127 0,8 s220 - 230 0,4 s380 - 400 0,2 s

> 400 0,1 s

IT (Isolation - Terre) :


Courant de 1er défaut : V : tension entre phase et neutreZeq : impédance équivalente entre la ligne d’alimentation etla terre; en général très grande.

Rn,u : résistances des prises de terre Rn + Ru << ZeqIcc : courant de défaut (court-circuit) : Icc =V/Zeq

Uc : tension de contact entre la masse de l’équipement et lesol : Uc = Ru. Icc

Il faut (vrai en général) : Uc < UL

Le limiteur de surtension a pour but d'éliminer les surtensions par rapport à la terre en cas de claquageentre enroulements du transformateur : il transforme le régime IT en régime TN en cas de surtensionimportante.

Le premier défaut est signalé par le CPI. Il faut disposer d'un système de localisation du défaut pourpouvoir intervenir sur le champ. Dans le cas contraire, dans l'hypothèse de la survenue d'un deuxièmedéfaut, la sécurité est assurée comme en régime TN par le disjoncteur magnéto-thermique – ce qui entraîneune interruption de service. Exemple de deux défauts simultanés :

c) Application :

Pour le régime de neutre TT :Préciser la signification des lettres TT.On modélise une installation électrique (230V/400V)

par le montage ci-contre(PE : Prise de Terre) :

1) Donner la valeur affichée par un voltmètre numériquebranché :

Entre la phase 1 et la phase 3 :Entre la phase 2 et N :Entre N et PE :Entre la phase 3 et PE :

2) Quels sont les appareils utilisés dans ce type de régime pour protéger : l’installation contre les surintensités (deux réponses) ? les personnes ?

3) Ce régime de neutre est-il applicable dans une usine ? justifier votre réponse.


d) Exercice :

Rn représente la résistance du neutre à la Terre, Ru de la prise de Terre.Rc = 1000 Ω corporelle.Rd de défaut.Caractéristique de l’installation : 230V / 400V ; régime TT ; disjoncteur 30A/ 500mA.

1) La phase 1 de la machine 1 touche la masse avec une résistance de défaut Rd =20Ω .a) Représenter le parcours du courant de fuite Ic1.b) Calculer la valeur de ce courant de fuite.c) Calculer la tension de contact Uc1 à laquelle est soumise la personne.d) Calculer alors l’intensité IC1 qui traverse la personne.e) Le différentiel déclenche – t – il ? Pourquoi ?

2) Le défaut de la première machine est réparé. La phase 2 de la machine 2 touche la carcasse de celle-ci.La résistance de contact est de 100Ω.a) A quel potentiel se trouve la carcasse ?b) Une personne touche la carcasse de cette machine ; à quel potentiel est –elle soumise ? Calculer le

courant qui la traverse IC2.c) Le différentiel déclenche-t-il ? Pourquoi ?

3) Maintenant, les deux défauts sont présents sur chaque machine. Une personne touche d’une main lamachine 1 et de l’autre la machine 2 tout en étant isolée de la Terre.Expliquer ce qui se passe (Tension entre les deux mains, courant corporel, danger…)

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