[PDF] Dimensionnement dune installation électrique BT - AAL

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SOMMAIRE

1. Tour de table

2. Rappel et présentation du module

a. Domaines réglementaires et normatifs b. Rappel des SLT c. Méthodologie

3. Formules et grandeurs électriques

a. Formules b. Coefficient (ku, ks et ke)

4. Besoin en énergie

a. Bilan de puissance

5. Choix des protections et calibres

a. Exercices d'application

6. Dimensionnement des conducteurs

a. Exercices d'application

7. Calcul de la chute de tension

a. Exercices d'application

8. Calcul des courants de courts-circuits (Icc)

a. Exercices d'application

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT2

LP MEEDD

9. Sources et logiciels

10. Questions/suggestions

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PRÉSENTATION, PARCOURS SCOLAIRES/PROFESSIONNELS ET LIENS AVEC

L'ÉLECTRICITÉ1. Tour de table

2019/2020

Dimensionnement d'une installation électrique BT3

LP MEEDD

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Ma présentation

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT4

LP MEEDD

• Abderahmen ALOUI - 27 ans • Parcours scolaires : • Bac STI en Génie électrotechnique au Lycée Paul Langevin • DUT GEII à l'université de Toulon (IUT)

• Ecole d'ingénieur en électronique, électrique et informatique à l'ISEN/ITII en alternance (DCNS)

• Parcours professionnels :

• 2012 à 2015 : Ingénieur en génie électrique en alternance au sein du groupe DCNS, à l'arsenal de Toulon

• 2015 à 2018 : Responsable technique en génie électrique au sein du groupe DCNS, à l'arsenal de Toulon

• 2018 à Aujourd'hui : Directeur d'essai au sein du groupe DCNS, à l'arsenal de Toulon • Exemples de projets : • Refonte du contrôle commande de 2 pompes de 1,5 MW chacune • Responsable de la maintenance de 2 groupes tournants de 5 MVA chacun • Etudes de conception des sources d'alimentation électriques des nouveaux sous-marins • Réalisation, contrôles et essais des sources pour les nouveaux sous-marins © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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2. Rappel et présentation du module

2019/2020

Dimensionnement d'une installation électrique BT5

LP MEEDD

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Domaines réglementaires et normatifs

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT6

LP MEEDD

Le module est porté sur le dimensionnement d'une installation en BT (Basse Tension), ce qui implique que la plage de tension est comprise entre :

0 et 1000 V.

Pour rappel, ci-dessous les domaines de tension :

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Domaines réglementaires et normatifs

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT7

LP MEEDD

Il existe deux types de texte régissant les règles à prendre en compte dans le dimensionnement d'une installation électrique en BT :

Les textes réglementaires

Les textes normatifs.

Les principaux en BT sont :

NF C 15-100 / CEI 60364 (série) : Installations électriques à basse tension ; UTE C 18-510 : Recueil d'instructions de sécurité électrique pour les ouvrages ; NF C 15-105 : Détermination des sections de conducteurs et choix des dispositifs de protection ;

Code du travail.

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Domaines réglementaires et normatifs

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT8

LP MEEDD

En France, les tensions utilisées sont normalisées sous la fréquence 50 Hz.

Les principales sont :

En monophasé : 12V, 24V, 48V, 120V, 230V ;

En triphasé : 400V et 690V.

Exemple des limites d'application des normes :

HT BTO : Point de raccordement du poste au réseau HTA.A : Appareil de sectionnement HTA.D : Dispositif de protection HTA.C : Comptage.S : Dispositif de sectionnementT : Transformateur HTA/BT.

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Rappel des SLT

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT9

LP MEEDD

Le SLT " Schéma de Liaison à la Terre » en BT caractérise le mode de raccordement à la terre

du secondaire du transformateur HT/BT et les manières de mettre à la terre les masses de l'installation.

L'objectif de ces schémas est d'empêcher qu'à la suite d'un défaut d'isolement (phase/terre), une

personne puisse se trouver soumise à une tension de contact supérieure à UL= 50 V (25 V pour

un local humide et 12 V pour un local immergé) pendant un temps tel qu'il puisse en résulter des

dommages organiques. Les temps sont imposés par la norme CEI 60364-4-41 dans les conditions suivantes : A noter, pour les circuits de distribution, dans tous les cas les temps de coupure doivent être inférieurs à 5 s. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Rappel des SLT

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT10

LP MEEDD

Le choix du SLT est à faire lors de la conception, en fonction des besoins et contraintes.

A savoir, que certains SLT sont exigés et d'autres interdit en fonction des risques/utilisations. Par

exemple, le " IT » est imposé pour les hôpitaux et le " TNC » interdit pour les installations

comportant des risques incendies et/ou explosions. L'identification des types de schémas est ainsi définie au moyen de 2 lettres : la première pour le raccordement du neutre du transformateur HT/BT (2 cas possibles) : "T» pour " raccordé » à la terre ; "I» pour " isolé » de la terre. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Rappel des SLT

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT11

LP MEEDD

la deuxième pour le type de raccordement des masses d'utilisation (2 cas possibles) : "T» pour " raccordé directement » à la terre ;

"N» pour " raccordé au neutre » à l'origine de l'installation, lequel est raccordé à la terre.

La combinaison de ces deux lettres donne 3 configurations possibles : "TT» : neutre du transformateur T et masse T ; "TN» : neutre du transformateur T et masse N ; "IT» : neutre du transformateur I et masse T. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Rappel des SLT - " TT »

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT12

LP MEEDD

Dans ce type de schéma toutes les masses destinées à être protégées par un même dispositif de coupure

doivent être reliées au même système de mise à la terre. Le point neutre de chaque source est relié à une

terre distincte de celle des masses.

La coupure automatique en schéma TT s'obtient lors du 1erdéfautpar un dispositif différentiel résiduel (DDR) de sensibilité :

Exemple :La résistance de la prise de terre du neutre R nest de 10 Ω. La résistance de la prise de terre des masses d'utilisation R

Aest de 20 Ω.

L'intensité de défaut d'isolement interne du moteur I dest 230/30 = 7,7 A.

La tension de contact U

c= I dx R

A= 154 V : tension de défaut dangereuse car

> 50 V.

Le seuil maximal de déclenchement du DDR, I

2,5 A. La tension dangereuse sera éliminée par un DDR classique

(ex. : I

Δn= 300 mA) en moins de 30 ms.

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Rappel des SLT - " IT »

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT13

LP MEEDD

L'installation est soit " isolée de la terre » ou un point de l'alimentation, généralement le neutre, est mis à la terre à travers une

impédance " neutre impédant ». A noter, que cette impédance est généralement nommée " Zn » et égale à 1500 Ω. Elle sert à

réduire les variations de potentiel entre réseau et terre ayant pour origine des perturbations venant de la HT.

Les masses des récepteurs sont mises à la terre :

soit ensemble (interconnectées par un conducteur de protection PE et collectivement mises à la terre à la borne principale),

soit individuellement ou par groupes (mises à la terre à des prises de terre différentes). Pour ce cas, il faut installer un DDR

pour chaque groupe, le réglage est identique à celui utilisé pour le SLT en " TT ». En schéma IT, on souhaite que la coupure automatique n'intervienne pas lors du premier défaut. Pour ce faire, la NF C 15-100, partie 537-3, recommande fortement la recherche de 1 erdéfaut, via l'utilisation d'un "C.P. I »(ContrôleurPermanent d'Isolement).Le CPI permettra donc de signaler le 1erdéfaut.

Cas au 1erdéfaut :

Le premier défaut implique donc une tension de contact très faible (< 3V majoritairement), ce qui est inférieur à la valeur UL de 50 V.

20Ω

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Rappel des SLT - " IT »

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT14

LP MEEDD

A l'apparition d'un deuxième défaut à la terre, soit sur une autre phase ou soit sur le conducteur neutre, une coupure rapide de l'alimentation est obligatoire

par la protection contre les surintensités (magnétique du disjoncteur ou fusible).

Dans ce cas, on obtient un court-circuit entre deux phases actives (phase/phase ou phase/neutre) via l'interconnexion des masses. Aucune résistance de terre ne se situe

sur le chemin du courant de défaut, ce qui implique un valeur de défaut très importante (du fait de la faible résistance linéique des câbles).

Il est démontré que dans le cas le plus défavorable l'impédance de boucle de défaut est le double de l'impédance de boucle du circuit à protéger. De ce fait, il est

nécessaire de doubler l'impédance de boucle du circuit pour calculer le niveau du courant de deuxième défaut présumé et le réglage de son dispositif de protection contre

les surintensités.

Cas au 2nd défaut :

Avec neutre :

Sans neutre :

Le second défaut implique donc une surintensité importante, ce qui doit faire déclencher les protections (magnétique si disjoncteur ou fusible).

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Rappel des SLT - " IT »

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT15

LP MEEDD

En résumé, la mise en oeuvre d'un schéma de liaison à la terre "IT» nécessite : L'installation d'un CPI qui permet de signaler le 1 erdéfaut (signal sonore ou visuel) ;

La recherche et la localisation du 1

erdéfaut par une équipe compétente du service compétent ;

Le premier défaut est maîtrisé car la tension de contact " Uc » est très faible, donc pas de

déclenchement

La protection contre les surtensions provenant de la HT par l'installation d'un limiteur de surtension ;

Lors du 2

nd défaut, c'est la protection contre les surintensités qui permet de couper le circuit impliqué. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Rappel des SLT - " TN»

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT16

LP MEEDD

Dans le schéma TN,

un point de l'alimentation, généralement le neutre, est mis à la terre à la borne principale,

les masses sont mises à la terre à la borne principale au moyen des conducteurs de protection (PE).

La manière dont le conducteur neutre est mis à la terre, dépend du type de SLT à mettre en oeuvre :

schéma TN-S, schéma TN-C ou schéma TN-C-S slide suivante.

Dans tous les types de schéma TN, un défaut d'isolement est équivalent à un court-circuit phase neutre. Le niveau élevé des courants de défaut permet

d'utiliser les dispositifs de protection contre les surintensités pour assurer la protection des personnes contre les contacts indirects. Cependant pendant le

temps, très court, avant coupure, la tension de contact peut atteindre des valeurs excédant 50% de la tension phase neutre (soit 115V, si Rpe=Rph).

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Rappel des SLT - " TN»

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT17

LP MEEDD

Nota : le schéma TN, selon les normes CEI 60364 et NF C 15-100, comporte plusieurs sous-schémas :

"TN-C» : si les conducteurs du neutre N et du PE sont confondus (PEN) ; "TN-S» : si les conducteurs du neutre N et du PE sont distincts ; "TN-C-S» : utilisation d'un TN-S en aval d'un TN-C, (l'inverse est interdit).

Attention, il faut savoir :

En schéma "TN-C», le conducteur PEN, neutre et PE confondus, ne doit jamais être coupé.

En schéma "TN-S», comme dans les autres schémas, le conducteur PE ne doit jamais être coupé.

mm² Alu ou pour des câbles souples. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Rappel des SLT - Résumé

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT18

LP MEEDD

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Exercices sur les SLT

2019/2020

Dimensionnement d'une installation électrique BT19

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Méthodologie

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT20

LP MEEDD

L'étude d'une installation électrique en BT consiste à déterminer précisément : La puissance nécessaire au(x) source(s) d'énergie(s) (transformateurs, GE, etc...) ; Les canalisations (natures et sections des câbles ou jeux de barres) ; Les protections électriques et réglages associées (disjoncteurs ou fusibles). Chaque ensemble constitué par la canalisation et sa protection doit répondre simultanément aux conditions suivantes : Véhiculer le courant d'emploi permanent et ses éventuelles pointes transitoires ; Ne pas générer de chutes de tension susceptibles de nuire au fonctionnement de certains récepteurs, exemple : démarrage d'un moteur qui entraîne une chute de tension importante. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Méthodologie

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT21

LP MEEDD

La méthodologie est formalisé comme suit :

Bilan de puissance

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3. Formules et grandeurs électriques

2019/2020

Dimensionnement d'une installation électrique BT22

LP MEEDD

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Formules

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT23

LP MEEDD

Afin de dimensionner un installation, il est primordial de faire son inventaire des puissances électriques. L'inventaire des puissances réellement consommée par chaque récepteur permet d'établir : la puissance d'utilisation qui détermine le contrat de fourniture en énergie ; le dimensionnement du transformateur MT / BT, si existant (en prenant en compte les extensions de charges prévisionnelles ;

les niveaux de charge pour chaque tableau de distribution.C'est ce qu'on appelle, faire un bilan de puissance

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Formules

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT24

LP MEEDD

Pour dresser un bilan de puissance, il faut au préalable connaître/calculer les grandeurs suivantes pour chaque récepteur, et étage de l'installation : Tension, nommé " U » en V (monophasé, triphasé ou en continu) ;

Puissance active, nommé " P » en W ou kW ;

Puissance réactive, nommé " Q » en Var ou Kvar ; Puissance apparente, nommé " S » en Va ou Kva ;

Courant en A, nommé " I » en A ;

Facteur de puissance " phi ».

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Formules - en monophasé

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT25

LP MEEDD

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Formules - en triphasé

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT26

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Formules

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT27

LP MEEDD

Pour rappel, le théorème de Boucherot permet d'effectuer le bilan des puissances : © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Formules

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT28

LP MEEDD

Exemple d'application pour un moteur asynchrone en triphasé : © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Formules

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT29

LP MEEDD

Puissance installée " Pn » (kW) :

La puissance installée " Pn » est la puissances nominales, souvent marquée sur la plupart des fiches techniques des

appareils. Exemple : plaque signalétique d'un moteur. La formule correspond à celle vu précédemment, en fonction

du type de réseau (monophasé ou triphasé).

Attention, la puissance nominale n'est pas toujours la puissance réellement consommée par le récepteur. Par

exemple, pour le cas d'un moteur électrique, la puissance nominale correspond à la puissance de sortie sur son

arbre, donc mécanique. La puissance d'entrée consommée estévidemment plus importante, du fait de son

rendement (pertes). Cette puissance se nomme la puissance "absorbée ».

Puissance absorbée " Pa » (kW ou KVA) :La puissance absorbée " Pa » par une charge est obtenue à partir de sa puissance installée " Pn » et de l'application

des coefficients suivants (exemples : moteurs, éclairagesà ballast) :

η = rendement unitaire =kW sortie/kW entrée

cos φ = facteur de puissance =kW entrée/kVA entrée La puissance apparente absorbée de la charge estPa = Pn /(η x cos φ) © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Formules

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT30

LP MEEDD

Puissance d'utilisation Pu (kW ou KVA) :

Les récepteurs ne fonctionnent pas tous ni en même temps ni à pleine charge : des facteurs de simultanéité (ks) et d'utilisation (ku) permettent de calculer

la puissance d'utilisation.

Ainsi, la puissance d'utilisation " Pu » est obtenue à partir de la puissance absorbée " Pa » et pondérée avec les coefficients d'utilisation " Ku » et de

simultanéité " Ks », à savoir : Pour les circuit terminaux (unitaire), la formule est Pu : Pa x Ku

Pour les circuit principaux (regroupement au niveau d'un tableau/coffret), la formule est Pu : Pa x Ku x ks

Cette puissance d'utilisation sert à dimensionner l'installation pour la dimensionner la source d'alimentation (exemple : transformateur).

Exemple :

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Formules

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT31

LP MEEDD

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Coefficients " Ku, Ks et Ke »

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT32

LP MEEDD

Afin de concevoir une installation, il est nécessaire d'estimer le plus justement possible la puissance d'utilisation que

devra fournir le distributeur d'énergie.

Baser le calcul de la puissance d'utilisation simplement sur la somme arithmétique des puissances de tous les

récepteurs installés " Pn » existants conduirait à des résultats économiquement extraordinairement surévalués et

serait en terme d'ingénierie d'une mauvaise pratique.

Pour ce faire, l'utilisation des coefficients "Ku et Ks» est nécessaire pour estimer la puissance d'utilisation " Pu ».

Ces coefficients permettent de pondérer la puissance maximale réellement absorbée pour chaque récepteur.

En effet, les récepteurs ne fonctionnent pas tous ni en même temps ni à pleine charge : des facteurs de

simultanéité "ks» et d'utilisation "ku» permettent de calculer la puissance d'utilisation.

Il est également utilisé le coefficient "Ke», permettant d'anticiper des évolutions de l'installation, ce qui permet

d'avoir les marges nécessaires en puissance.

Les valeurs prises pour ces coefficients sont souvent basées sur l'expérience et sur des enregistrements réalisés sur

des installations existantes. Elles sont détaillées aux travers des diapositives suivantes. Ainsi, cela permet de fournir une valeur globale pour la puissance d'utilisation de l'installation. La puissance est souvent donnée en Puissance apparente "S » en KVA. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Coefficient " Ku »

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT33

LP MEEDD

Le régime de fonctionnement normal d'un récepteur peut être tel que sa puissance utilisée soit inférieure à sa

puissance nominale installée, d'où la notion de facteur d'utilisation. Le facteur d'utilisation s'applique individuellement à chaque récepteur.

Ceci se vérifie pour des équipements comportant des moteurs susceptibles de fonctionner en dessous de leur

pleine charge.

Dans une installation industrielle, ce facteur peut être estimé en moyenne à 0,75 pour les moteurs.

Pour l'éclairage et le chauffage, il sera toujours égal à 1. Pour les prises de courant, tout dépend de leur

destination.

Dans une installation industrielle, le facteur peut varier entre 0,3 et 0,9. Ce facteur peut être estimé en

moyenne à 0,75 pour les moteurs.

En appliquant le coefficient " Ku » (Puissance absorbée x Ku), la nomination de cette nouvelle puissance

puissance se nomme " la puissance d'utilisation - Pu (kVA) ».

Il est utilisé pour déterminer le courant circulant dans les circuits amont et dimensionner la source.

Par contre, il n'est pas pris en compte dans le choix de la protection contre les surintensités du circuit et les

caractéristiques de la canalisation. © Propriété Naval Group SA 2018Tous droits réservés

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Coefficient " Ks »

2019/2020Dimensionnement d'une installation électrique BT34

LP MEEDD

Par expérience, on sait que dans la pratique, toutes les charges d'une installation donnée ne fonctionnement

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