Chapitre N
Chapitre N
Chapitre N
Chapitre N
Les alimentations et récepteurs
particuliers
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Guide de l’installation électrique 2017 Life is On | Schneider Electric 1
Guide de l'installation électrique 2017
Le Guide de l'installation électrique est destiné aux professionnels de l'électricité qui conçoivent,
installent, inspectent et entretiennent des installations électriques basse tension.
Son but est d'aider les professionnels de l’électricité dans le cadre de la conception d'installations
électriques conformes aux normes en vigueur.
Le contenu de ce guide est en conformité avec les normes publiées par la Commission
électrotechnique internationale (CEI), notamment la norme internationale CEI60364 et est adapté à la
norme NF C 15-100.
Conseil d'expert
Ce guide a été écrit par les experts en distribution électrique de Schneider Electric pour partager leurs
connaissances sur les nouvelles normes d'installation électrique et les évolutions technologiques.
Un guide pour les installations électriques résidentielles, tertiaires et industrielles.
Le guide s'adresse à tous les professionnels de l'électricité :
• ingénieurs-conseils, concepteurs,
• les certificateurs et les personnes chargées de la normalisation ou de l'inspection de ces installations
électriques,
• installateurs,
• tableautiers,
• étudiants et le monde enseignant.
Le guide aborde tous les sujets liés aux installations électriques : normes électriques, sécurité
électrique, conception électrique, schémas de mise à la terre, calculs électriques, dimensionnement
des câbles, chute de tension, protection électrique, sous-stations MT/BT, disjoncteurs, compatibilité
électromagnétique, correction du facteur de puissance, harmoniques, protection contre les surtensions
et plus encore.
fr.electrical-installation.org/frwiki/Accueil
L'architecture et le plan de protection d'une distribution BT en aval d'un groupe sont à définir
spécifiquement en prenant en compte :
les caractéristiques de l’alternateur,
les charges prioritaires et/ou de sécurité.
La plupart des installations électriques comportent des récepteurs dont il faut assurer l'alimentation même en cas
de coupure du réseau de distribution publique parce qu'il s'agit :
soit d'équipements constituant une installation de sécurité (éclairage de sécurité, surpresseurs d'incendie,
désenfumage, alarme, signalisation, etc.),
soit d'équipements prioritaires dont l'arrêt prolongé entraînerait des pertes de production ou la destruction de
l'outil de travail.
Un des moyens les plus courants pour maintenir la continuité de l'alimentation en énergie des charges
dénommées "prioritaires", dans le cas où la source principale est défaillante, est d'installer un groupe électrogène
connecté via un inverseur de source à un tableau regroupant les charges prioritaires (cf. Fig. N1).
Les groupes électrogènes (dénommés aussi GE ou groupe) sont aussi utilisés en distribution électrique HT.
En BT, ils sont employés comme :
source de Remplacement,
source de Sécurité,
parfois source de Production.
Lorsqu’un besoin de qualité d’énergie est indispensable, le groupe est associé à une Alimentation sans
Interruption (ASI).
Fig. N1
Exemple de circuits HTA G
alimentés par un BT
transformateur ou un
alternateur
N2
Dispositif de permutation
normal secours
Fig. N2 Un, In
Schéma de principe d'un
Pn
groupe électrogène
R
Moteur
S
thermique
T
I/In t
1,1 >1h
1,5 30 s
Les possibilités de réglages des protections surcharge (ou Long retard) doivent suivre au plus près ces
impositions.
100
12
10
7
3 N3
2
1
0 I
IG
0 1,1 1,2 1 2 3 4
Surcharges
Fig. N4 I rms
Niveau de courant de 1 - Régime subtransitoire
court-circuit pendant les 3 2 - Régime transitoire
1 2 3
phases 3 - Régime permanent
In
Alternateur avec une
≈ 0,3 In
excitation série
0 t (s)
0 10 à 20 ms 100 à 300 ms
Apparition du défaut
Régime subtransitoire
A l’apparition d’un court-circuit aux bornes d’un alternateur, le courant s’établit d’abord à une valeur relativement
élevée de l’ordre de 6 à 12 In pendant le premier cycle (0 à 20 milliseconde).
L’amplitude d'un tel courant de court circuit est définie par trois paramètres :
la réactance subtransitoire de l’alternateur,
le niveau d’excitation préalable à l'instant du défaut,
l’impédance du circuit en défaut.
L’impédance de court-circuit de l'alternateur à considérer est la réactance subtransitoire x"d exprimée en % de
Uo (tension phase neutre) par le constructeur.
La valeur typique est de 10 à 15 %.On en déduit l'impédance de court-circuit subtransitoire de l’alternateur
Régime transitoire
Le régime transitoire se situe de 100 à 500 ms après l'apparition du défaut. A partir de la valeur du courant de
défaut de la période subtransitoire, le courant décroît jusqu’à 1,5 à 2 fois le courant In.
L’impédance de court-circuit à considérer pour cette période est la réactance transitoire x’d exprimée en % Uo
N4 par le constructeur. La valeur typique est de 20 à 30%.
Régime permanent
Le régime permanent se situe au-delà de 500 ms. Lorsque le défaut persiste, la tension de sortie du groupe
s’effondre, la régulation de l’excitatrice cherche à faire remonter cette tension de sortie. Il en résulte un courant
de court-circuit entretenu stabilisé :
si l’excitation de l’alternateur n’augmente pas pendant un court-circuit (pas de surexcitation de champ), mais
se maintient au niveau précédant le défaut, le courant se stabilise à une valeur qui est donnée par la
réactance synchrone Xd de l’alternateur. La valeur typique de xd est supérieure à 200%. De ce fait, le courant
final sera inférieur au courant pleine charge de l’alternateur, en général de l’ordre de 0,5 In
si l’alternateur est équipé d’une excitation maximale de champ (forçage du champ) ou d’une excitation
compound, la tension de "survoltage" de l’excitation fera augmenter le courant de défaut pendant 10 secondes
habituellement à 2 à 3 fois le courant pleine charge de l’alternateur.
Les résistances étant toujours négligeables devant les réactances, l’intensité de court-circuit en période transitoire,
est donnée par :
(X’d en ohm)
ou
(X'd en %)
Nota : Ces valeurs sont à rapprocher du courant de court-circuit aux bornes d'un transformateur : ainsi, pour une
même puissance, les courants en cas de défaut proche d'un alternateur seront 5 à 6 fois plus faibles que ceux
fournis par un transformateur.
Cette différence est encore accentuée par le fait que le groupe électrogène a en général une puissance inférieure
à celle du transformateur (cf. Fig. N6).
Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 1, Normal de 2000 kVA, le courant de court-circuit est de 42 kA
au niveau du jeu de barres du TGBT. Lorsque le réseau BT est alimenté par la source 2, groupe de
Remplacement de 500 kVA à réactance transitoire de 30%, le courant de court-circuit s’établit à 2,5 kA environ soit
à une valeur 16 fois plus faible qu’avec la source Normal.
Fig. N6 Source 1
Exemple d'installation des
circuits prioritaires MT Source 2
alimentés en secours par 2 000 kVA
un alternateur BT GE 500 kVA
42 kA 2,5 kA
NF
Normal/
NF Remplacement NO
D1 D2
NF : Normalement fermé
N5
NO : Normalement ouvert
Choix et réglage des protections contre les courts-circuits (protection magnétique ou Court
retard)
Tableaux divisionnaires
Les protections des circuits divisionnaires et terminaux ont toujours des calibres faibles devant le courant
assigné du groupe. De ce fait on retrouve, sauf cas particuliers, les conditions analogues à l’alimentation par le
transformateur.
Tableau général basse tension (TGBT)
Le dimensionnement des protections des départs prioritaires est en général proche de celui du groupe. Le
réglage des protections contre les courts-circuits devra tenir compte de la caractéristique de court-circuit du
groupe,
la sélectivité des protections sur les départs prioritaires est à assurer en fonctionnement sur le groupe (elle
© Schneider Electric
peut même être imposée réglementairement, pour les départs de sécurité). Il est nécessaire de vérifier le bon
étagement du réglage des protections contre les courts-circuits des départs principaux avec celui des
protections divisionnaires en aval (normalement réglées pour des circuits de distribution à 10 In).
Nota : en fonctionnement sur le groupe, l’utilisation de DDR basse sensibilité permet de gérer le défaut
d'isolement et d’assurer la sélectivité de manière très simple.
avec
X'o = réactance homopolaire exprimée en Ω, la réactance homopolaire x'o exprimée en % de Uo a une valeur
typique de 8%.
X'd = réactance transitoire exprimée en Ω, la réactance transitoire x'd exprimée en % de Uo a une valeur typique
de 30%. (voir paragraphe court-circuit).
Le courant de défaut d’isolement en système TN est légèrement supérieur au courant de défaut triphasé : par
exemple, en cas de défaut d’isolement sur le schéma de l’exemple précédent (cf. Fig. N6), le courant de ce défaut
est égal à 3 kA (au lieu de 2,5 kA pour Icc3).
1.3.3 Application
(cf. Fig. N7)
Un alternateur alimente un groupe de moteurs.
Caractéristiques de court-circuit de l’alternateur : Pn = 130 kVA à cos φ = 0,8,
In = 150 A
X″d = 20% (par exemple), d'où Icc = 750 A.
La question : est-il possible d’alimenter plusieurs moteurs de puissance totale Σ P = 45 kW ou 20 kW ?
© Schneider Electric
La chute de tension sur le jeu de barres pour le démarrage simultané des moteurs se calcule à partir de
l’équation :
ΔU = 55% qui n'est pas supportable pour les moteurs (non démarrage).
Fig. N7 G
Redémarrage de moteurs Automate
prioritaires (ΣP > 1/3 Pn)
N F
F F F
Télécommande 1
Télécommande 2
Conseils de redémarrage :
si la Pmax du moteur le plus important , un démarreur progressif doit impérativement être installé sur ce
N7
moteur,
si Σ P moteurs , le redémarrage en cascade des moteurs doit être géré par un automate,
Pour l’alternateur, l’ASI est aussi une charge non linéaire du fait de son redresseur d’entrée. A la permutation des
sources, l’autonomie de l’ASI sur batterie doit permettre le démarrage et le couplage du groupe.
NF NO
Départs
réseau 2
By-pass
Départs
réseau 1
Alimentation
Sans Interruption
(ASI)
Puissance de l’ASI
La puissance appelée par une ASI doit prendre en compte :
la puissance nominale des charges en aval. C’est la somme des puissances apparentes Sa absorbées par
chacune des utilisations. Par ailleurs, pour ne pas surdimensionner l’installation, les performances de surcharge
de l'ASI doivent être prises en compte (par exemple : 1,5 In pendant 1 minute et 1,25 In pendant 10 minutes),
la puissance nécessaire à la recharge de la batterie : ce courant est proportionnel à l’autonomie souhaitée pour
une puissance donnée. Le dimensionnement Sr d’une ASI est donnée par : Sr = 1,17 x Pn
Le tableau de la Figure N9 définit les courants absorbés par le redresseur (réseau 1) et le réseau Secours (réseau
2) d'une ASI.
appels de courant dommageables lors de la reprise de l’installation par le groupe (cf. Fig. N10).
Démarrage du GE
t (s)
Démarrage du
redresseur/chargeur
de l'ASI
20 ms
5 à 10 s
Application
En fait on utilise un abaque pour trouver le taux de distorsion en fonction de U’Rcc (cf. Fig. N11).
L’abaque donne :
soit τ en fonction de U’Rcc,
soit U’Rcc en fonction de τ d’où on déduit le dimensionnement du groupe, Sg.
© Schneider Electric
N10
Note : avec un transformateur en amont de 630 kVA sur l’ASI sans filtre de 300 kVA, le taux de 5% serait obtenu.
Il ressort qu’un fonctionnement sur groupe doit être en permanence contrôlé à cause des courants harmoniques
générés.
S’il s’avère que le taux de distorsion de tension généré est trop important, l’utilisation de filtre sur le réseau est la
solution la plus efficace pour le ramener à des valeurs tolérables par les charges sensibles.
Défauts d’isolement
(cf. Fig. N12)
© Schneider Electric
Un défaut d’isolement à l’intérieur de la carcasse métallique d’un alternateur risque de l’endommager gravement
car il peut être analogue à un court-circuit phase-neutre. Le défaut doit être détecté et éliminé rapidement sinon
les autres alternateurs vont débiter dans ce défaut et leurs protections déclencher par surcharge : la continuité de
service de l’installation ne sera plus assurée. Une protection Terre (en anglais Ground Fault Protection -GFP-)
intégrée dans les circuits des alternateurs permet :
de les découpler rapidement lors d’un défaut et de préserver la continuité de service,
d’agir simultanément au niveau de leurs circuits de commande pour arrêter les groupes et ainsi diminuer les
risques de dégradation.
Cette protection GFP est de type "Résiduel sensing" à installer au plus près de la protection suivant un schéma
TN-C/TN-S[1]au niveau de chaque groupe générateur avec mise à la terre des masses par un PE séparé. Ce type
de protection est généralement appelé plus précisément "Restricted Earth Fault".
RS RS
PE
Zone non
protégée
PE PEN PE PEN
Phases
PE
© Schneider Electric
[1] Le schéma est en TN-C pour les groupes vus comme "générateur" et en TN-S pour les groupes vus comme "récepteur".
F F
G
Jeu de barres MT
BT
F F
G
Jeu de barres MT
N12
BT
Fig. N15
Source de remplacement
autonome
2.5 kA G Source de
remplacement
N13
épurée de toutes les perturbations du réseau, dans des tolérances strictes requises par les charges,
disponible en cas de coupure du réseau dans ces tolérances.
Cette fonction de production d’une énergie fiabilisée est réalisée par les ASI (Alimentations Sans Interruption),
couramment dénommées "onduleurs", qui concilient les impératifs de disponibilité et qualité de l’énergie en :
délivrant à la charge une tension dans des tolérances strictes, grâce à une ASI,
se comportant comme une source de remplacement autonome grâce à une batterie d’accumulateurs,
se substituant au réseau sans temps de permutation, donc sans microcoupure pour la charge, grâce à un
contacteur statique.
Ces caractéristiques font des ASI la source d’alimentation par excellence de toutes les applications sensibles
auxquelles elles apportent une énergie fiabilisée quel que soit l’état du réseau.
Une ASI comprend schématiquement les équipements suivants :
redresseur-chargeur, qui produit un courant continu qui charge une batterie et alimente un onduleur,
onduleur (élément électronique d’une ASI qui transforme le courant continu en courant alternatif), qui produit
une énergie de qualité, c’est-à-dire :
épurée de toutes les perturbations du réseau, et notamment de toutes les microcoupures,
dans des tolérances compatibles avec les exigences des appareils électroniques sensibles (pour la gamme
Galaxy, la tolérance d’amplitude est de ±0,5% et la tolérance de fréquence de ±1%, contre ±10% et ±5% pour
les réseaux, soit des facteurs d’amélioration de 20 et 5),
batterie, qui procure une autonomie de fonctionnement suffisante (8 min à 1 h et plus) pour assurer la sécurité
des personnes et de l’exploitation en se substituant si besoin au réseau,
contacteur statique, dispositif à semi-conducteur qui permet de commuter la charge sans temps de coupure de
l’onduleur sur le réseau et vice versa.
Utilisation
Cette configuration résulte en fait d’un compromis entre un niveau acceptable de protection contre les
perturbations et le coût correspondant. Elle n’est utilisable qu’avec de faibles puissances (< 2 kVA). D’autre part,
fonctionnant sans véritable contacteur statique, elle fait intervenir un temps de basculement sur l’onduleur. Ce
temps est acceptable pour certaines applications unitaires, mais incompatible avec les performances requises par
des ensembles plus complexes et sensibles (gros centres informatiques, centraux téléphoniques, etc.). En outre,
la fréquence de sortie n’est pas régulée et il n’y a pas de bypass.
Nota : en mode normal, la puissance de la charge ne transitant pas par l’onduleur, ce type d’ASI est parfois appelé
"off-line". Ce terme est impropre, car il signifie aussi "non alimenté par le réseau" alors qu’en fait la charge est
principalement alimentée par le réseau en mode normal. C’est pourquoi la norme CEI 62040 recommande de lui
préférer "en attente passive".
Chargeur
Batterie
Onduleur
Filtre /
conditionneur
Mode normal
Mode autonomie Utilisation
Utilisation
© Schneider Electric
Cette configuration est mal adaptée à la régulation de charge sensible en moyenne et forte puissance car ne
permettant pas de régulation de la fréquence.
Elle reste de ce fait marginale dans le domaine des moyennes et fortes puissances.
Contacteur
statique
Bypass
Onduleur
Batterie
Mode normal
Mode autonomie
Mode bypass Utilisation
si une seule entrée : Réseau 1
Utilisation
Dans cette configuration, il n’y a pas de temps de permutation lors des transferts de la charge sur onduleur du fait
de la présence d’un contacteur statique. Cette configuration permet aussi à la tension et à la fréquence de sortie
d’être indépendantes des conditions de la tension et de la fréquence d’entrée. Ceci permet à l’ASI, lorsqu’elle est
conçue pour, de fonctionner en convertisseur de fréquence. C’est la principale configuration utilisée pour les
moyennes et fortes puissances (à partir de 10 kVA). C’est celle qui sera envisagée dans la suite de ce chapitre.
Nota : ce type d’ASI est souvent appelé "on-line", signifiant que la charge est alimentée en permanence par
© Schneider Electric
l’onduleur indépendamment des conditions du réseau d’entrée. Ce terme est impropre, car il signifie aussi "sur
réseau" alors qu’en fait la charge est alimentée par la chaîne de double conversion redresseur-chargeur-onduleur.
C’est pourquoi la norme CEI 62040 recommande de lui préférer "double conversion".
Redresseur /
chargeur
Batte rie
Les principaux types de batteries utilisés en association avec les ASI sont
étanches au plomb, dans 95% des cas, car faciles à maintenir et ne nécessitant pas de local spécifique,
ouvertes au plomb,
ouvertes au nickel-cadmium.
Ces 3 types de batterie peuvent être proposés, suivant les impératifs économiques et d’exploitation de
l’installation, avec différentes durées de vie.
La puissance et l’autonomie peuvent être adaptées à la demande. Les batteries proposées bénéficient en outre
d’une parfaite maîtrise du couple onduleur/batterie, résultat d’un travail en partenariat entre les constructeurs
d’ASI, tel Schneider Electric, et les fabricants de batteries.
Fig. N20
Batteries en étagères
en gradins (cf. Fig. N21), ce mode convient pour tout type de batterie, en particulier pour les batteries ouvertes,
car il facilite la vérification des niveaux et le remplissage,
© Schneider Electric
[2] La norme française NF C15-100 § 554 précise les conditions d’aménagement des locaux : qualification du personnel, ventilation du local, mise en œuvre d’un
plancher de service, etc.
Fig. N21
Batteries en gradins
Le mode de pose en armoire (cf. Fig. N22), réservé aux batteries étanches est simple à mettre en œuvre, et offre
une sécurité maximale.
Fig. N22
Batteries en armoire
2.4 Les schémas des liaisons à la terre des installations avec ASI
L’application des mesures exigées par les normes aux réseaux comportant une ASI nécessite de prendre des
précautions.
L’ASI joue le double rôle de
récepteur pour le réseau amont,
source d’énergie pour le réseau aval.
Lorsque la batterie n’est pas installée en armoire, un défaut d’isolement sur le réseau continu peut entraîner la
circulation d’une composante différentielle continue. N19
Cette composante est susceptible de perturber le fonctionnement de certaines protections, notamment des
différentiels utilisés dans le cadre des mesures de protection des personnes.
Remarque : le schéma TN-S est le plus souvent recommandé dans le cas d’alimentation de systèmes
informatiques.
N20
© Schneider Electric
Fig. N24
Les points essentiels à
connecter dans les T0
schémas de liaison à la Neutre T0
terre CPI 1 Les conducteurs épais
concernent le neutre
D0
Terre
D1 D2
T1
T2
Neutre T1
Neutre T2
Neutre
réseau 2 Q1 Q4S Q3BP
Masse ASI
Q5N
Neutre
sortie ASI
CPI 2
N21
Neutre
aval
Terre 2 CB3
Terre
3
Masse
Récepteurs
peuvent être compromis par une erreur dans la détermination d’un seul disjoncteur.
Fig. N25: Les diverses conditions auxquelles sont soumis les disjoncteurs
Ir Ir Choisir le pouvoir de coupure de D1
aval amont et D2 avec le courant de GE
court-circuit de la source la plus
100 puissante (en principe, le
transformateur)
Coube D2
Courbe D3
Cependant, D1 et D2
10
Temps de déclenchement en secondes
La tenue en surcharge du
contacteur statique est de 10 à 12
In pendant 20 ms, In étant le
0.01 courant de l’ASI à pleine charge.
D2
D3
0.001
0.1 1 10 100
Enclenchement d’un Enclenchement de I/In du disjoncteur
transformatieur toutes les charges amont
à l’aval de l’ASI
N22
Le réglage du déclencheur de D3 doit laisser passer la surintensité de mise en service de D3
la charge.
Si l’on n’utilise pas le réseau 2 pour gérer les surcharges, le courant de l’ASI doit assurer
le déclenchement du disjoncteur D3 sur le réglage maximum.
Ir
aval
Uc
Lors d’un court-circuit éloigné, le réglage du déclencheur de D3 ne doit pas induire de
tension de contact dangereuse. Dans le cas contraire, installez un DDR.
au point d’installation.
Remarques
La sélectivité chronométrique doit être mise en œuvre par du personnel qualifié, car toute temporisation du
déclenchement augmente la contrainte thermique (I2t) à l’aval (câbles, semi-conducteurs, etc.). Il convient d’être
très prudent si l’on retarde le déclenchement de D2 par la temporisation du seuil Im.
La sélectivité énergétique est indépendante du déclencheur et ne concerne que le disjoncteur.
3 In
Alternateur
avec surexcitation
In
Alternateur
avec excitation série N23
0.3 In
t
Fig. N28 Iu
Courants à prendre en Contacteur
compte pour le choix des statique
câbles Réseau 1 Iu
Redresseur/
I1 Utilisation
chargeur Onduleur
Réseau 2
Ibat
Batterie
capacité C10
2.6.2 Echauffement
L’échauffement admissible dans les câbles est limité par la tenue des isolants.
L’échauffement des câbles dépend :
de la nature de l’âme (Cu ou Al),
du mode de pose,
N24
du nombre de câbles jointifs.
Les normes donnent, pour chaque type de câble, l’intensité maximale admissible.
Tableaux de choix
La Figure N29 donne la chute de tension en % pour un circuit de 100 m de câble. Pour calculer la chute de
tension dans un circuit de longueur L, multiplier la valeur du tableau par L/100.
Sph : section des conducteurs
In : courant nominal des protections du circuit considéré
Circuit triphasé
Si la chute de tension dépasse 3% (50-60 Hz), augmenter la section des conducteurs.
Circuit continu
Si la chute de tension dépasse 1%, augmenter la section des conducteurs.
Exemple
Soit à choisir le câble pour un circuit triphasé 400 V de 70 m de long, réalisé avec des conducteurs en cuivre et
dont l’intensité nominale est de 600 A.
Les normes d’installation donnent, en fonction du mode de pose et de l’utilisation, une section minimale.
Supposons que cette section minimale soit 95 mm2. Vérifions que la chute de tension reste inférieure à 3%.
Le tableau de la Figure N29 pour les circuits triphasés donne, pour un courant de 600 A circulant dans un câble de
300 mm2, une chute de tension pour 100 m de câble égale 3% soit pour 70 m :
© Schneider Electric
d'optimiser la protection
L'onduleur transmet par exemple des informations sur son fonctionnement (normal, en autonomie, pré-alarme de
fin d'autonomie...) à l'ordinateur qu'il alimente ; ce dernier en déduit des fonctionnements appropriés,
de contrôler à distance
L'onduleur transmet des informations d'état et de mesure à un opérateur qui peut télécommander certaines
actions,
de gérer l'installation
L'utilisateur dispose d'une GTC (gestion technique centralisée) qui lui permet d'acquérir des informations de la part
des onduleurs, de les mémoriser, de signaler les anomalies, de présenter des états ou synoptiques, de
commander des actions.
Cette évolution générale vers une compatibilité entre divers équipements de systèmes complexes de traitement
de l'information (interopérabilité) se traduit par l'incorporation dans les onduleurs de nouvelles fonctions.
Fig. N30a
Onduleur prêt à
raccorder.
Fig. N30b
Onduleur réalisant la
disponibilité et la qualité
de l'énergie qui alimente
des ordinateurs
N27
© Schneider Electric
Ces transformateurs, dont la puissance varie de quelques centaines de VA à quelques centaines de kVA, sont
fréquemment utilisés pour :
changer de tension :
les circuits auxiliaires de commande et de contrôle,
les circuits d'éclairage (créer un réseau 230 V quand le réseau (au primaire) est un réseau 400 V triphasé
sans neutre).
changer le schéma des liaisons à la terre des charges ayant des courants importants de fuite à la terre,
capacitifs (équipement de traitement de l'information, PC, etc.) ou résistifs (fours électriques, équipements pour
chaufferie industrielle, pour cantines, etc.). Les transformateurs BT/BT sont livrés généralement avec un
système de protection intégré, et les constructeurs doivent être consultés pour plus de détails. Dans tous les
cas, une protection contre les surintensités doit être installée au primaire. L'exploitation de ces transformateurs
nécessite la connaissance de leur fonction particulière ainsi que certains points développés ci-après.
Note : dans les cas particuliers de transformateurs d'isolement de sécurité TBT, un écran métallique entre primaire
et secondaire est souvent exigé, suivant l'application, comme recommandé dans la norme CEI 61558 -2-6 et la
norme européenne EN 61558-2-6 (NF C 52-742) (voir mesures de protection).
Fig. N31 I
Régime transitoire du
courant à
l'enclenchement d'un
transformateur
I 1ere crête
10 à 25 In
In
t
L'amplitude dépend :
N28
de la tension du réseau au moment de la mise sous tension,
de l'induction rémanente dans le circuit magnétique,
des caractéristiques et de la charge du transformateur.
La première crête de courant atteint fréquemment 10 à 15 fois le courant efficace assigné du transformateur, et
pour des petites puissances (< 50 kVA), atteint fréquemment des valeurs 20 à 25 fois le courant nominal. Ce
courant d'enclenchement s'amortit très rapidement avec une constante de temps θ de l'ordre de quelques ms à
quelques dizaines de ms.
Fig. N32 t
Courbe de
déclenchement d'un
disjoncteur Compact NSX
équipé d'un déclencheur
Micrologic. 5s
20
ms
I
Ir Isd Ii
Valeur eff. de
la 1re pointe
d’enclenchement
soit des disjoncteurs à seuil de déclenchement élevé : Acti 9 courbe D (cf. Fig. N33).
Fig. N33 t
Caractéristiques de
déclenchement d'un
disjoncteur Acti 9 courbe
D
I
In 10In 14In
Valeur eff. de
la 1re pointe
d’enclenchement
N29
3.2.1 Exemple 1
Un circuit alimentant un transformateur 400/230 V, 125 kVA (In = 180 A) pour lequel la première pointe
d'enclenchement du courant peut atteindre 12 In, soit 12 x 180 = 2160 A.
Cette valeur crête correspond à une valeur efficace de 1530 A.
Un disjoncteur Compact NSX 250 N équipé d’un déclencheur Micrologic 2 est adapté à la protection du
transformateur avec :
un réglage de la protection Long retard à 200 A,
un réglage de la protection Court retard 8 x Ir.
Fig. N33b
Exemple NSX400N
déclencheur
Micrologic 1.3 M
3 x 95 mm2
400/230 V
160 kVA
Nota : la protection primaire est parfois réalisée avec des fusibles de type aM. Cette solution présente deux
inconvénients :
les fusibles doivent être très fortement surcalibrés (au moins 4 fois le courant nominal du transformateur),
pour réaliser au primaire les fonctions de commande et sectionnement, ils doivent être associés à un
interrupteur ou un contacteur lui-aussi fortement surcalibré.
Triphasé (≤ 80A)
puissance en kVA 5 6,3 8 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80
pertes à vide (W) 100 110 130 150 160 170 270 310 350 350 410 460 520
Pertes en charge (W) 250 320 390 500 600 840 800 1180 1240 1530 1650 2150 2540
tension de cc (%) 4,5 4,5 4,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5 5 4,5 5 5
Triphasé (≥ 100A)
puissance en kVA 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800
pertes à vide (W) 570 680 680 790 950 1160 1240 1485 1855 2160
Pertes en charge (W) 3700 3700 5900 5900 6500 7400 9300 9400 11400 13400
tension de cc (%) 5,5 4,5 5,5 5 5 4,5 6 6 5,5 5,5
N30
Monophasé
Puissance en kVA 8 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 63 80 100 125 160
Pertes à vide (W) 105 115 120 140 150 175 200 215 265 305 450 450 525 635
Pertes en charge (W) 400 530 635 730 865 1065 1200 1400 1900 2000 2450 3950 3950 4335
Tension de cc (%) 5 5 5 4,5 4,5 4,5 4 4 5 5 4,5 5,5 5 5
© Schneider Electric
N32
© Schneider Electric
Source de confort et de productivité, l’éclairage représente 15% de la quantité d’électricité consommée dans
l’industrie et 40% dans les bâtiments. La qualité de l’éclairage (stabilité de la lumière et continuité de service)
dépend de celle de l’énergie électrique ainsi consommée. L’alimentation électrique des réseaux d’éclairage a donc
pris une grande importance.
Pour aider à leur conception et faciliter le choix de leurs dispositifs de protection, les auteurs présentent dans ce
document une analyse des différentes technologies de lampes et des principales évolutions technologiques en
cours. Après une synthèse des particularités des circuits d’éclairage et de leur impact sur les dispositifs de
commande et de protection, ils traitent du choix des appareils à mettre en œuvre.
Technologies
d’éclairage
N33
Incandescence Luminescence
composé halogéné permet d’augmenter la durée de vie des lampes et évite leur noircissement. Ceci autorise
également une température de filament plus élevée et donc une luminosité supérieure dans des ampoules de
petite taille.
Le principal inconvénient des lampes à incandescence est leur forte dissipation de chaleur et donc leur faible
rendement lumineux.
Fig. N35
Lampes fluorescentes
compactes
N34
Fig. N36a
Lampes à décharge.
4.1.4 Diodes Electroluminescentes (Light Emitting Diodes, LED) (cf. Fig. N36b)
Le principe des diodes électroluminescentes est l'émission de lumière par un semi-conducteur au passage d'un
courant électrique.
Il y a quelques années, la technologie LED était réservée aux applications nécessitant peu de puissance
d'éclairage, telles que la signalisation, les panneaux de sécurité, l'éclairage de secours. A l'heure actuelle, grâce
au développement et à la disponibilité de LED de puissance (plusieurs watts par composants), les constructeurs
proposent des offres complètes permettant le remplacement de tous les dispositifs existants dans tous les
secteurs (résidentiel, commercial, industriel, infrastructures).
Fig. N36b
Lampes à led
N35
En fait, la technologie LED est la première dans le domaine de l'éclairage pouvant être mise en œuvre dans toutes
les applications, avec le niveau souhaité d'efficacité, et autorisant des fonctions de commande inaccessible aux
autres technologies.
Les LED sont des dispositifs à très basse tension ayant une très basse consommation : ils sont donc adaptés à
l'alimentation par batterie. L'alimentation par le réseau nécessite un convertisseur.
Les principaux avantages des LED sont leur faible consommation, leur robustesse, leur longue durée de vie, et la
possibilité de commande sans limite (variation de lumière, commutation rapide, pleine intensité lumineuse
instantanée).
Les LED sont par ailleurs recyclables plus facilement que les lampes fluo-compactes.
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Fig. N37 Technologie Utilisation Advantages Inconvénients Puissance Rendement Durée de vie
Utilisation et technologies (watt) (lumen/watt) (heures)
des dispositifs d'éclairage
Incandescence Usage domestique Branchement Efficacité 3 – 1000 10 – 15 1000 – 2000
standard Eclairage localisé direct sans lumineuse
décoratif appareillage faible
intermédiaire Faible durée de
Prix d'achat vie
peu élevé Forte
Faible dissipation de
encombrement chaleur
Allumage
instantané
Bon rendu des
couleurs
Incandescence Eclairage ponctuel Branchement Efficacité 5 – 500 15 – 25 2000 – 4000
halogène Eclairage intense direct lumineuse
Allumage moyenne
instantané
Excellent
rendu des
couleurs
Tube Magasins, bureaux, Efficacité Puissance 4 – 56 50 – 100 7500 – 24000
fluorescent ateliers lumineuse lumineuse
Extérieurs élevée unitaire faible
Rendu de Sensible aux
couleurs températures
moyen extrêmes
Lampe fluo Usage domestique Bonne Investissement 5 – 40 50 – 80 10000 – 20000
compacte Bureaux efficacité initial élevé par
Remplacement des lumineuse rapport aux
lampes à Bon rendu de lampes à
incandescence couleurs incandescence
La variation de la luminosité
Elle peut être obtenue par variation de la tension appliquée à la lampe.
Cette variation de tension est réalisée le plus souvent par un dispositif du type gradateur à triac dont on fait varier
l’angle d’amorçage dans la période de la tension réseau. La forme d’onde de la tension appliquée à la lampe est
illustrée sur la Figure N38a. Cette technique dite "à retard d’allumage" ou "cut-on control" convient à l’alimentation
des circuits résistifs ou inductifs. Une autre technique qui convient à l’alimentation des circuits capacitifs est
développée avec des composants électroniques MOS ou IGBT. Elle réalise la variation de tension en bloquant le
courant avant la fin de demi-période (cf. Fig. N38b) aussi est-elle dénommée "à avance d’extinction" ou "cut-off
control".
La mise sous tension progressive de la lampe permet également de réduire, voire d’éliminer la pointe de courant à
l’allumage.
Comme le courant dans la lampe est découpé par l'électronique de commande, le taux de distorsion en courant
est élevé et donc des courants harmoniques circulent sur le réseau.
Le courant harmonique 3 est prépondérant; la Figure N39 représente le pourcentage de courant d'harmonique 3
par rapport au courant fondamental (en fonction de la puissance).
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Il est à noter qu'en pratique la puissance fournie à la lampe au moyen d'un gradateur peut varier dans une plage
de 15% à 85% de la puissance maximale de la lampe.
Conformément à la norme CEI 61000-3-2 (NF EN 61000-3-2) définissant les limites pour les émissions de courant
harmonique des appareils électriques ou électroniques dont le courant est ≤ 16 A par phase, les dispositions
suivantes s'appliquent :
pour les gradateurs autonomes d'alimentation de lampes à incandescence, ayant une puissance nominale ≤ 1
kW, aucune limite n'est imposée,
dans les autres cas, ou pour des appareils d'éclairage à lampe à incandescence et avec un gradateur intégré ou
un gradateur dans une enveloppe, l'intensité maximale de courant d'harmonique 3 permise est 2,3 A.
Fig. N38 a]
Allure de la tension
fournie par un variateur 300
de lumière à 50% de la 200
tension maximale avec
100
les techniques
0 t (s)
-100
-200
-300
0 0.01 0.02
b]
300
200
100
0 t (s)
-100
-200
-300
0 0.01 0.02
[a] "à retard d’allumage" ou "cut-on control" [b] "à avance d’extinction" ou "cut-off control"
Cette disposition est la plus couramment utilisée dans les applications domestiques où le nombre de tubes est
limité. Aucune contrainte particulière n'est appliquée aux interrupteurs.
Les gradateurs ne sont pas compatibles avec les ballasts magnétiques : l'annulation de la tension pendant une
fraction de période interrompt la décharge et, de ce fait, éteint complètement la lampe.
La fonction du starter est double : assurer le préchauffage des électrodes du tube, puis de générer une surtension
pour l'amorçage du tube. Cette surtension est générée par l'ouverture d'un contact qui interrompt le courant
circulant dans le ballast magnétique (contrôlée par un relais thermique).
Pendant le fonctionnement du starter (env.1 s), le courant absorbé par le luminaire est environ 2 fois le courant
nominal.
Fig. N40
Ballasts magnétiques
Le courant absorbé par l'ensemble tube et ballast étant essentiellement inductif, le facteur de puissance est très
faible (en moyenne entre 0,4 et 0,5). Dans les installations comportant un grand nombre de tubes, il est
nécessaire de mettre en œuvre un dispositif de compensation pour améliorer le facteur de puissance.
Pour une installation d'éclairage importante, une compensation avec une batterie de condensateurs est une
solution possible, mais le plus souvent cette compensation est intégrée au niveau de chaque luminaire suivant
différents schémas (cf. Fig. N41).
Un condensateur de compensation est dimensionné pour que le facteur de puissance global soit supérieur à 0,85.
Dans le cas le plus fréquent de la compensation parallèle: en moyenne, sa capacité est de 1 µF pour 10 W de
puissance active, pour tout type de lampe. Cette disposition ne permet pas le fonctionnement des variateurs de
lumière de type gradateur.
Avec :
capacité totale : C = 175 µF,
inductance de ligne (L) (correspondant à un courant de court-circuit de 5 kA = 150 µH.
La pointe de courant théorique à la mise sous tension peut donc atteindre 27 fois le courant crête en
fonctionnement normal.
L'allure de la tension et du courant à l'allumage est donnée sur la Figure N42.
Il y a donc un risque de soudure des contacts des dispositifs électromécaniques de commande (télérupteur,
contacteur, disjoncteur) ou de destruction des interrupteurs statiques à semi-conducteurs.
Dans la réalité, les contraintes sont en général moins sévères, en raison de l'impédance des câbles.
200
0 t (s)
-200
-400
-600
0 0,02 0,04 0,06
(A)
300
200
100
0 t (s)
-100
-200
-300
0 0,02 0,04 0,06
N40
L'allumage de plusieurs groupes de tubes fluorescents crée des contraintes particulières. Lorsqu’un groupe de
tubes se trouve déjà allumé, les condensateurs de compensation de ces tubes déjà sous tension participent au
courant d’appel au moment de l’allumage d’un deuxième groupe de tubes : ils "amplifient" la pointe de courant
dans l’interrupteur de commande au moment de l’allumage du second groupe.
Le tableau de la figure N43, issu de mesures, précise l'amplitude de la première pointe de courant, pour
différentes valeurs de courant de court-circuit présumé Icc. La pointe de courant peut être multipliée par 2 ou 3,
suivant le nombre de tubes déjà en service au moment de la connexion du dernier groupe de tubes :
Un allumage séquentiel par groupes de tubes est malgré tout recommandé pour réduire la pointe de courant dans
l'interrupteur général.
Fig. N43 Nombre de tubes Nombre de tubes Crête de courant d'appel (A)
Amplitude de la première déjà en service connectés
pointe de courant Icc = 1,500 A Icc = 3,000 A Icc = 6,000 A
0 14 233 250 320
14 14 558 556 575
28 14 608 607 624
42 14 618 616 632
Les ballasts magnétiques les plus récents sont dits "à faibles pertes". Le circuit magnétique a été optimisé, mais le
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principe de fonctionnement reste le même. Cette nouvelle génération de ballasts est amenée à se généraliser,
sous l'influence de documents réglementaires (Directive Européenne, Energy Policy Act – USA).
Dans ces conditions, l'utilisation de ballasts électroniques est susceptible de se développer, au détriment des
ballasts magnétiques.
Fig. N44
Ballast électronique.
Courant d'appel
La principale contrainte apportée par les ballasts électroniques sur les réseaux est le fort courant d'appel à la mise
sous tension, liée à la charge initiale des condensateurs de filtrage (cf. Fig. N45).
Dans la réalité, les courants d'appel pour un ensemble de lampes est bien inférieur à ces valeurs, en raison des
impédances de câblage. Ordre de grandeur : 5 à 10 In pendant moins de 5 ms.
Contrairement aux ballasts magnétiques, ce courant d'appel n'est pas accompagné de surtension. N41
Courants harmoniques
Pour les ballasts associés aux lampes à décharge de forte puissance, le courant absorbé au réseau présente un
faible taux de distorsion harmonique (< 20% en général et < 10% pour les dispositifs les plus évolués).
Par contre, les dispositifs associés aux lampes de faible puissance, en particulier les lampes fluo-compactes,
absorbent un courant très déformé (cf. Fig. N46). Le taux de distorsion harmonique peut atteindre 150%. Dans ces
conditions, le courant efficace absorbé au réseau vaut 1,8 fois le courant correspondant à la puissance active de
la lampe, ce qui correspond à un facteur de puissance de 0,55.
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0,2
0 t (s)
-0,2
-0,4
-0,6
0 0,02
Afin d'équilibrer la charge entre les différentes phases, les circuits d'éclairage sont en général connectés entre
phases et neutre de manière équilibrée. Dans ces conditions, le fort taux d'harmoniques de rang 3 et multiples de
3 peut provoquer une surcharge du conducteur de neutre. La situation la plus défavorable conduit à un courant
neutre pouvant atteindre fois le courant dans chaque phase.
Les limites d'émission d'harmoniques pour les systèmes électriques et électroniques sont définis dans la norme
CEI 61000-3-2. Pour simplifier, les limites pour les appareils d'éclairage sont indiquées dans le tableau de la
Figure N47 uniquement pour les harmoniques de rang 3 et 5 qui sont les plus prépondérantes.
Courants de fuite
Les ballasts électroniques disposent en général de capacités placées entre les conducteurs d'alimentation et la
terre. Ces capacités sont responsables de la circulation d'un courant de fuite permanent de l'ordre de 0,5 à 1 mA
par ballast. Ceci conduit donc à limiter le nombre de ballasts qu'il est possible d'alimenter par un Dispositif
N42 Différentiel Résiduel (DDR).
A la mise sous tension, la charge initiale des ces condensateurs peut provoquer également la circulation d'une
pointe de courant dont l'amplitude peut atteindre quelques ampères pendant 10 µs. Cette pointe de courant peut
provoquer le déclenchement intempestif de dispositifs mal adaptés.
Fig. N48a
Une LED est une petite
partie d'un ensemble plus N43
large qui est
commercialisé en tant
Luminaire industriel à LED
que lampe ou luminaire
assemblé
Module LED
Elément
optique
primaire
Joint LED
Convertisseur
(peut être interne ou Connexion
) Substrat électrique
externe au luminaire)
Composant LED
stabilise dès que les conditions normales de fonctionnement sont atteintes. Trois événements fondamentaux
transitoires se produisent pendant la phase de démarrage: la charge du circuit d'alimentation, le démarrage du
convertisseur, et la mise sous tension du module LED (allumage).
Puis le luminaire atteint son régime permanent.
A la mise sous tension du luminaire, un courant transitoire significatif apparaît (pouvant atteindre jusqu'à 250 fois
le courant nominal en fonction des caractéristiques des produits) en raison de la charge de condensateurs de
correction du facteur de puissance (qui assurent un facteur de puissance généralement supérieur à 0,9). La durée
de ce courant transitoire est inférieure à 1 milliseconde (ms). Le courant à la mise sous tension sera à son plus
haut niveau lorsque la commutation s'effectue à la valeur maximale de la tension (égale à sa valeur de crête de
325 V pour un réseau 230 V CA). Lorsque la commutation s'effectue au zéro de tension, le courant d'appel est
beaucoup plus faible.
Une fois le courant d'appel passé, il s'écoule un intervalle de temps compris entre 100 ms et 1,5 secondes,
pendant lequel le convertisseur est initialisé (mise sous tension des circuits électroniques de commande, par
exemple). Le courant absorbé au cours de cette phase est inférieur au courant nominal.
En régime permanent, le courant absorbé par les luminaires à LED n'est pas parfaitement sinusoïdal. La distorsion
harmonique totale de courant (THDi) varie entre 10% et 20%. Étant donné que les courants nominaux des
luminaires à LED sont faibles, l'impact de ces courants sur la tension du réseau est faible.
0.5
Courant (A)
-0.5
-1
1 3
-1.5
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5
Temps (s)
0
I (A)
-1
-2
-3
-4
0.0132 0.0132 0.0132 0.0132 0.0132 0.0133 0.0133
Temps (s)
Lors de la commutation à une tension nulle (0° de la tension), le courant de fuite est pratiquement nul. La
fréquence du courant transitoire est élevée (environ 100 kHz).
En régime permanent, la valeur du courant de fuite mesuré à 50 Hz est d'environ 2 mA pour les 20 luminaires
isolés de la terre.
période de la tension réseau. Une pointe de courant élevée, même brève, peut provoquer la soudure des contacts
d’un organe de commande électromécanique ou la destruction d’un dispositif statique à semi-conducteurs.
Deux solutions
En raison du courant d’appel, la plupart des relais ordinaires sont incompatibles avec l’alimentation de dispositifs
d’éclairage. Il est donc habituellement conseillé de :
limiter le nombre de lampes à raccorder à un même appareil pour que leur puissance totale soit inférieure à la
puissance maximale admissible par l’appareil,
vérifier auprès des constructeurs les limites d’emploi des appareils qu’ils proposent. Cette précaution est
particulièrement conseillée lors du remplacement de lampes à incandescence par des lampes fluo-compactes.
A titre d’exemple, le tableau de la Figure N49 indique le nombre maximal de tubes fluorescents compensés
pouvant être commandés par différents dispositifs de calibre 16 A. On constate que le nombre de tubes
commandés est bien inférieur au nombre correspondant à la puissance maximale des dispositifs.
Fig. N49 Puissance Nombre de tubes Nombre maximal de tubes pouvant être
Le nombre de tubes unitaire des correspondant à la commandés par
commandés est bien tubes (W) puissance
inférieur au nombre Contacteurs Télérupteurs Disjoncteurs
16 A x 230 V
correspondant à la GC16 A TL16 A C60-16 A
puissance maximale des CT16 A
dispositifs 18 204 15 50 112
36 102 15 25 56
58 63 10 16 34
Mais une technique existe pour limiter la pointe de courant à l’enclenchement des circuits à comportement
capacitif (ballasts magnétiques à compensation parallèle et ballasts électroniques). Elle consiste à réaliser
l’enclenchement à l’instant du passage par zéro de la tension réseau. Seuls des dispositifs statiques à semi-
conducteurs offrent cette possibilité (cf. Fig. N50a).
Cette technique s’avère particulièrement intéressante pour concevoir de nouveaux circuits d’éclairage. Plus
récemment ont été mis au point des dispositifs à technologie hybride associant interrupteur statique
(enclenchement au passage par zéro de la tension) et contacteur électromécanique court-circuitant l’interrupteur
statique (réduction des pertes dans les semi-conducteurs) (cf. Fig. N50b).
Fig. N50
Exemples de contacteurs
et télérupteurs de la
marque Schneider
Electric
N46
[a] Contacteur CT+ « standard » [b] Contacteur CT+ avec [c] Télérupteur TL+
commande manuelle, bouton
poussoir pour sélection du mode
de fonctionnement et voyant
indiquant le mode de
fonctionnement en cours
La solution
En premier lieu l’emploi de conducteur neutre de section réduite (moitié) est à proscrire comme recommandé dans
la norme d’installation CEI 60364, section 523-5-3.
En ce qui concerne les protections de surintensités, il est nécessaire de prévoir des disjoncteurs tétrapolaires à
neutre protégé (excepté avec le schéma TN-C pour lequel le PEN, conducteur de protection et de neutre
confondus, ne doit pas être coupé).
Ce type d’appareil permet également la coupure omnipolaire nécessaire pour ne pas alimenter des luminaires
sous la tension composée lors d’un défaut. Ce dispositif de coupure doit donc interrompre simultanément le circuit
des phases et du neutre.
Fig. N52
DDR type Asi immunisé
contre les courants
impulsionnels. N47
Fluctuations de tension
Le risque
La plupart des dispositifs d’éclairage (à l’exception des lampes alimentées par ballasts électroniques) sont
sensibles aux fluctuations rapides de la tension d’alimentation. Ces fluctuations provoquent un phénomène de
papillotement ou flicker qui nuit au confort des utilisateurs et peut même provoquer une gêne importante. Cette
gêne est fonction à la fois de la fréquence des variations et de leur amplitude.
La norme CEI 61000-2-2 ("niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence") précise
l’amplitude maximale admissible des variations de tension en fonction du nombre de variations par seconde ou
par minute. Ces fluctuations de tension peuvent être provoquées par des charges fluctuantes de puissance élevée
(fours à arcs, machines à souder, démarrage de moteurs) ou les signaux de télécommande.
La solution
Des moyens spécifiques peuvent être mis en œuvre pour réduire les fluctuations de tension. Il est toutefois
recommandé, dans la mesure du possible, d’alimenter les circuits d’éclairage par un réseau séparé. L’utilisation de
ballasts électroniques est préconisée pour les applications exigeantes (hôpitaux, salles blanches, salles de
contrôle, salles informatiques…).
N48
4.4 Contraintes particulières à la technologie LED
Afin de comprendre l'impact des technologies LED sur les réseaux électriques existants, il est important d'analyser
le comportement de tous les éléments clés du réseau. Voici une liste des risques potentiels à prendre en
considération ainsi que quelques recommandations pour atténuer ces risques.
Recommandations
Afin de remédier à ce risque, un choix approprié du disjoncteur (calibre, courbe de déclenchement) doit être fait au
cours de la phase de conception de l'installation, selon les recommandations fournies par le constructeur.
Une autre option très utile dans le cas de remplacement de l'éclairage traditionnel par un éclairage à LED dans
une grande installation existante, est de mettre en œuvre une télécommande avec commutation au zéro de
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tension à la place d'un dispositif standard. Ceci limitera le courant total d'appel d'un facteur 4 à 5.
[3] NF EN 60898 : Petit appareillage électrique - Disjoncteurs pour la protection contre les surintensités pour installations domestiques et analogues - Partie 1 :
disjoncteurs pour le fonctionnement en courant alternatif.
[4] NF EN 60947-2 : Appareillage à basse tension – Partie 2 : Disjoncteurs.
Recommandations
Le courant permanent de fuite à la terre à 50 Hz est généralement inférieur à 1 mA pour un luminaire. Étant donné
que les circuits d'éclairage sont protégés par des dispositifs de protection de fuite à la terre de 300 de mA en
application commerciale, un grand nombre de luminaires peut être installé en aval d'un dispositif de protection. Un
courant de fuite à une fréquence de 100 kHz n'est pas détecté par les dispositifs de protection.
200
Fig. N53
0°
Courant à la mise sous
90°
tension, fonction de
l'angle de la tension 150
(passage par zéro ou 90°)
100
50
-50
-1 0 1 2 3 4 5
Time (s) x 10-3
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[5] NF EN 60947-4-1 : Appareillage à basse tension, Partie 4-1 : Contacteurs et démarreurs de moteurs - Contacteurs et démarreurs électromécaniques.
[6] IEC 61095 : Contacteurs électromécaniques pour usages domestiques et analogues.
Plus récemment, des dispositifs de technologie hybride ont été développés, qui combinent un interrupteur statique
(activation au passage par zéro de la tension) et un contacteur électromécanique court-circuitant l'interrupteur
statique (réduction des pertes dans les semi-conducteurs). Voir Fig. N50a.
Pour les circuits triphasés (alimentation de luminaires entre phase et neutre), un appareil de type tripolaire est
préférable à un appareil tétrapolaire. La non-coupure du neutre permet d'éviter toute surtension préjudiciable à la
fréquence réseau pouvant apparaître aux bornes du luminaire en cas de non-fermeture du neutre.
Les différences technologiques entre les contacteurs modulaires et les télérupteurs font que les
télérupteurs sont mieux adaptés pour la commande de luminaires à très fort courant d'appel, ou à
faible facteur de puissance (circuit inductif non compensé).
Les Figures N54a et N54b ci dessous indiquent le nombre maximal de luminaires commandés par télérupteur ou
contacteur suivant le type, la puissance et la configuration d'une lampe donnée. A titre indicatif, la puissance totale
conseillée est aussi mentionnée.
Ces valeurs sont données pour un circuit 230 V à 2 conducteurs actifs (circuit monophasé phase neutre ou phase
phase). Pour les circuits 110 V, les valeurs du tableau sont à diviser par 2. Afin d'obtenir les valeurs équivalentes
pour un circuit 230 V triphasé, le nombre de lampes et la puissance totale conseillée sont à multiplier par :
par (1,73) pour des circuits triphasés sans neutre,
par 3 pour des circuits triphasés avec neutre.
Note : Les calibres de lampes les plus courantes sont indiquées en gras.
20 5 15 20 40 60
W µF
Fig. N54a (suite): Le nombre maximal de luminaires commandés par relais suivant le type, la puissance et la
configuration d'une lampe donnée
Produits Contacteurs iCT Contacteurs
iCT+
Type de lampe Nombre maximal de lampes pour un circuit monophasé et puissance utile
maximale par circuit
16 A 25 A 40 A 63 A 20 A
36 5 15 20 40 60
W µF
40 5 15 20 40 60
W µF
58 7 10 15 30 43
W µF
65 7 10 15 30 43
W µF
80 7 10 15 30 43
W µF
115 16 5 7 14 20
W µF
2 ou 4 tubes avec 2 x 18 W 30 1100 46 1650 W 80 2900 W 123 4450 W
compensation en série 4 x 18 W 16 W 24 à 2400 W 44 à 3800 W 68 à 5900 W
2 x 36 W 16 à 1500 24 44 68
2 x 58 W 10 W 16 27 42
2 x 65 W 10 16 27 42
2 x 80 W 9 13 22 34
2 x 115 W 6 10 16 25
Tubes fluorescents avec ballast électronique
1 ou 2 tubes 18 W 74 1300 111 2000 W 222 4000 W 333 6000 W 4660 W x cos
36 W 38 W 58 à 2200 W 117 à 4400 W 176 à 6600 W φ
58 W 25 à 1400 37 74 111
2 x 18 W 36 W 55 111 166
2 x 36 W 20 30 60 90
2 x 58 W 12 19 38 57
Lampes fluorescentes compactes
Avec ballast électronique 5 W 210 1050 330 1650 W 670 3350 W Non testé 4660 W x cos
externe 7W 150 W 222 à 2000 W 478 à 4000 W φ
9W 122 à 1300 194 383
11 W 104 W 163 327
18 W 66 105 216
26 W 50 76 153
Avec ballast électronique 5 W 160 800 W 230 1150 W 470 2350 W 710 3550 W N51
intégré (en remplacement 7 W 114 à 900 164 à 1300 W 335 à 2600 W 514 à 3950 W
des lampes à 9W 94 W 133 266 411
incandescence) 11 W 78 109 222 340
18 W 48 69 138 213
26 W 34 50 100 151
Lampes à vapeur de sodium basse pression avec ballast ferromagnétique et igniteur externe
Sans compensation[a] 35 W 5 270 W 9 320 W 14 500 W 24 850 W 4660 W x cos
55 W 5 à 360 9 à 720 W 14 à 1100 W 24 à 1800 W φ
90 W 3 W 6 9 19
135 W 2 4 6 10
180 W 2 4 6 10
Avec compensation en 35 20 3 100 W 5 175 W 10 350 W 15 550 W
parallèle[b] W µF à 180 à 360 W à 720 W à 1100 W
55 20 3 W 5 10 15
W µF
90 26 2 4 8 11
W µF
135 40 1 2 5 7
W µF
180 45 1 2 4 6
W µF
Lampes à vapeur de sodium haute pression
Lampes à iodure métallique
© Schneider Electric
Fig. N54a (suite): Le nombre maximal de luminaires commandés par relais suivant le type, la puissance et la
configuration d'une lampe donnée
Produits Contacteurs iCT Contacteurs
iCT+
Type de lampe Nombre maximal de lampes pour un circuit monophasé et puissance utile
maximale par circuit
16 A 25 A 40 A 63 A 20 A
Avec ballast 35 W 16 600 W 24 850 W 42 1450 W 64 2250 W 4660 W x cos
ferromagnétique et 70 W 8 12 à 1200 W 20 à 2000 W 32 à 3200 W φ
igniteur externe, sans 150 W 4 7 13 18
compensation[a] 250 W 2 4 8 11
400 W 1 3 5 8
1000 W 0 1 2 3
Avec ballast 35 6 12 450 W 18 650 W 31 1100 W 50 1750 W
ferromagnétique et W µF à 1000 à 2000 W à 4000 W à 6000 W
igniteur externe, avec 70 12 6 W 9 16 25
compensation en W µF
parallèle[b] 150 20 4 6 10 15
W µF
250 32 3 4 7 10
W µF
400 45 2 3 5 7
W µF
1000 60 1 2 3 5
W µF
2000 85 0 1 2 3
W µF
Avec ballast électronique 35 W 24 850 W 38 1350 W 68 2400 W 102 3600 W
70 W 18 à 1350 29 à 2200 W 51 à 4000 W 76 à 600 W
150 W 9 W 14 26 40
Lampes à LED
Avec driver 10 W 48 500 W 69 700 W 98 1000 W 200 2000 W 4660 W x cos
30 W 38 à 1400 54 à 1950 W 77 à 3000 W 157 à 6200 W φ
50 W 27 W 39 56 114
75 W 17 25 36 73
150 W 9 12 18 37
200 W 7 9 15 31
[a] Les circuits avec ballasts ferromagnétiques non compensés consomment deux fois plus de courant pour une puissance utile
donnée.
Ceci explique le nombre réduit de lampes présentant cette configuration.
N52 [b] La capacité totale des condensateurs pour compensation d’énergie réactive en parallèle sur un circuit limite le nombre de
lampes pouvant être commandées par un contacteur.
La capacité aval totale d’un contacteur modulaire de calibre 16, 25, 40 ou 63 A ne devrait pas dépasser 75, 100, 200 ou 300 µF
respectivement.
Il convient de tenir compte de ces limites lors du calcul du nombre maximal admissible de lampes si les valeurs de capacité
diffèrent de celles indiquées dans le tableau.
Fig. N54b: Le nombre maximal de luminaires commandés par relais suivant le type, la puissance et la configuration d'une lampe donnée
Produits Télérupteurs iTL Télérupteurs Reflex iC60
iTL+
Type de lampe Nombre maximal de lampes pour un circuit monophasé et puissance utile maximale par circuit
16 A 32 A 16 A 10 A 16 A 25 A 40 A 63 A
Lampes à incandescence de base, lampes halogènes BT, lampes de remplacement à vapeur de mercure (sans ballast)
40 W 40 1500 W 106 4000 W 3680 W x 28 1120 W 46 1840 W 70 2800 W 140 5600 W 207 8280 W
60 W 25 à 1600 66 à 4200 cosφ 23 à 2175 36 à 2600 55 à 3600 103 à 6800 152 à 9800
75 W 20 W 53 W 29 W 31 W 46 W 80 W 121 W
100 W 16 42 15 23 33 60 88
Lampes halogènes TBT 12 ou 24 V
Avec 20 W 70 1350 W 180 3600 W 3680 W x 11 220 W 19 380 W 27 540 W 50 1000 W 75 1500 W
transformateur 50 W 28 à 1450 74 à 3750 cosφ 8 à 500 W 12 à 800 W 19 à 1050 33 à 2200 51 à 3300
© Schneider Electric
ferromagnétique 75 W 19 W 50 W 7 10 14 W 27 W 43 W
100 W 14 37 5 8 10 22 33
Fig. N54b (suite): Le nombre maximal de luminaires commandés par relais suivant le type, la puissance et la configuration d'une lampe donnée
Type de lampe Nombre maximal de lampes pour un circuit monophasé et puissance utile maximale par circuit
16 A 32 A 16 A 10 A 16 A 25 A 40 A 63 A
Avec 20 W 60 1200 W 160 3200 W 47 940 W 74 1480 W 108 2160 W 220 4400 W 333 6660 W
transformateur 50 W 25 à 1400 65 à 3350 19 à 1200 31 à 2000 47 à 2600 92 à 5100 137 à 7300
électronique 75 W 18 W 44 W 15 W 24 W 34 W 64 W 94 W
100 W 14 33 12 20 26 51 73
Tubes fluorescents avec démarreur et ballast ferromagnétique
1 tube sans 15 W 83 1250 W 213 3200 W 3680 W x 16 244 W 26 390 W 37 555 W 85 1275 W 121 1815 W
compensation[a] 18 W 70 à 1300 186 à 3350 cosφ 16 à 647 W 26 à 1035 37 à 1520 85 à 2880 121 à 4640
20 W 62 W 160 W 16 26 W 37 W 85 W 121 W
36 W 35 93 15 24 34 72 108
40 W 31 81 15 24 34 72 108
5W 21 55 9 15 21 43 68
65 W 20 50 9 15 21 43 68
80 W 16 41 8 12 19 36 58
115 W 11 29 6 9 12 24 38
1 tube avec 15 5 60 900 W 160 2400 W 11 165 W 19 285 W 24 360 W 48 720W 72 1080 W
compensation W µF à 640 W à 960 W à 1520W à 2880 à 4080
en parallèle[b] 18 5 50 133 11 19 24 48 W 72 W
W µF
20 5 45 120 11 19 24 48 72
W µF
36 5 25 66 11 19 24 48 72
W µF
40 5 22 60 11 19 24 48 72
W µF
58 7 16 42 8 12 19 36 51
W µF
65 7 13 37 8 12 19 36 51
W µF
80 7 11 30 8 12 19 36 51
W µF
115 16 7 20 4 7 9 17 24
W µF
2 ou 4 tubes 2 x 18W 56 2000 W 148 5300 W 23 828 W 36 1296 W 56 2016 W 96 3456 W 148 5328 W
avec 4 x 18 W 28 74 12 à 1150 20 à 1840 29 à 2760 52 à 4600 82 à 7130
compensation 2 x 36 W 28 74 12 W 20 W 29 W 52 W 82 W N53
en série 2 x 58 W 17 45 8 12 20 33 51
2 x 65 W 15 40 8 12 20 33 51
2 x 80 W 12 33 7 11 1 26 41
2 x 115 8 23 5 8 12 20 31
W
Tubes fluorescents avec ballast électronique
1 ou 2 tubes 18 W 80 1450 W 212 3800 W 3680 W x 56 1008 W 90 1620 W 134 2412 W 268 4824 W 402 7236W
36 W 40 à 1550 106 à 4000 cosφ 28 à 1152 46 à 1798 70 à 2668 142 à 5336W 213 à 8120
58 W 26 W 69 W 19 W 31 W 45 W 90 134 W
2 x 18 W 40 106 27 44 67 134 201
2 x 36 W 20 53 16 24 37 72 108
2 x 58 W 13 34 9 15 23 46 70
Lampes fluorescentes compactes
Avec ballast 5W 240 1200 W 630 3150 W 3680 W x 158 790 W 251 1255 W 399 1995 W 810 4050 W Usage peu
électronique 7W 171 à 1450 457 à 3800 cosφ 113 à 962 W 181 à 1560 268 à 2392 578 à 4706 fréquent
externe 9W 138 W 366 W 92 147 W 234 W 463 W
11 W 118 318 79 125 196 396
18 W 77 202 49 80 127 261
2W 55 146 37 60 92 181
© Schneider Electric
Fig. N54b (suite): Le nombre maximal de luminaires commandés par relais suivant le type, la puissance et la configuration d'une lampe donnée
Type de lampe Nombre maximal de lampes pour un circuit monophasé et puissance utile maximale par circuit
16 A 32 A 16 A 10 A 16 A 25 A 40 A 63 A
Avec ballast 5W 170 850 W 390 1950 W 121 605 W 193 959 W 278 1390 W 568 2840 W 859 4295 W
électronique 7W 121 à 1050 285 à 2400 85 à 650 W 137 à 1044 198 à 1560 405 à 3146 621 à 4732
intégré (en 9W 100 W 233 W 71 113 W 160 W 322 W 497 W
remplacement 11 W 86 200 59 94 132 268 411
des lampes à 18 W 55 127 36 58 83 167 257
incandescence) 26 W 40 92 25 40 60 121 182
Lampes à vapeur de sodium basse pression avec ballast ferromagnétique et igniteur externe
Sans 35 W Non testé, utilisation peu 3680 W x 4 153 W 7 245 W 11 385 W 17 595 W 29 1015 W
compensation[a] 55 W fréquente cosφ 4 à 253 W 7 à 405 W 11 à 792 W 17 à 1198 29 à 2070
90 W 3 4 8 11 W 23 W
135 W 2 3 5 8 12
180 W 1 2 4 7 10
Avec 35 20 38 1350 W 102 3600 W 3 88 W 4 140 W 7 245 W 12 420 W 19 665 W
compensation W µF à 169 W à 270 W à 450 W à 720 W à 1440
en parallèle[b] 55 20 24 63 3 4 7 12 19 W
W µF
90 26 15 40 2 3 5 8 13
W µF
135 40 10 26 1 2 3 5 9
W µF
180 45 7 18 0 1 2 4 8
W µF
Lampes à vapeur de sodium haute pression
Lampes à iodure métallique
Avec ballast 35 W Non testé, utilisation peu 3680 W x 12 416 W 19 400 W 28 980 W 50 1750 W 77 2695 W
ferromagnétique 70 W fréquente cosφ 7 à 481 W 11 à 750 W 15 à 1350 24 à 2500W 38 à 4000
et igniteur 150 W 3 5 9 W 15 22 W
externe, sans 250 W 2 3 5 10 13
compensation[a] 400 W 0 1 3 6 10
1000 W 0 0 1 2 3
Avec ballast 35 6 34 1200 W 88 3100 W 14 490 W 17 595 W 26 910 W 43 1505 W 70 2450 W
ferromagnétique W µF à 1350 à 3400 à 800 W à 1200 à 2200 à 4400 à 7000
et igniteur 70 12 17 W 45 W 8 9 W 13 W 23 W 35 W
externe, avec W µF
N54 compensation 150 20 8 22 5 6 9 14 21
en parallèle[b] W µF
250 32 5 13 3 4 5 10 14
W µF
400 45 3 8 2 3 4 7 9
W µF
1000 60 1 3 0 1 2 4 7
W µF
2000 85 0 1 0 0 1 2 3
W µF
Avec ballast 35 W 38 1350 W 87 3100 W 15 525 W 24 840 W 38 1330 W 82 2870 W 123 4305 W
électronique 70 W 29 à 2200 77 à 5000 11 à 844 W 18 à 1350 29 à 2100 61 à 4650 92 à 7200
150 W 14 W 33 W 6 9 W 14 W 31 W 48 W
Lampes à LED
Avec driver 10 W 69 700 W 98 1000 W 3680 W x 30 300 W 44 450 W 71 700 W 108 1050 W 146 1450 W
30 W 54 à 1950 77 à 3000 cosφ 24 à 850 W 34 à 1250 55 à 2000 83 à 3050 113 à 4150
50 W 39 W 56 W 17 25 W 40 W 61 W 83 W
75 W 25 36 11 15 24 37 50
150 W 12 18 5 7 11 17 23
200 W 9 15 - 6 10 15 20
[a] Les circuits avec ballasts ferromagnétiques non compensés consomment deux fois plus de courant pour une puissance utile donnée.
Ceci explique le nombre réduit de lampes présentant cette configuration.
[b] La capacité totale des condensateurs pour compensation d’énergie réactive en parallèle sur un circuit limite le nombre de lampes pouvant être commandées par
un contacteur.
© Schneider Electric
La capacité aval totale d’un contacteur modulaire de calibre 16, 25, 40 ou 63 A ne devrait pas dépasser 75, 100, 200 ou 300 µF respectivement.
Il convient de tenir compte de ces limites lors du calcul du nombre maximal admissible de lampes si les valeurs de capacité diffèrent de celles indiquées dans le
tableau.
Fig. N55
Coordination entre
disjoncteur et luminaires à
LED
N55
[c] Calibre 20 A
© Schneider Electric
Fig. N57 (suite): Nombre maximum de luminaires selon le calibre du disjoncteur (courbe C), pour des luminaires
autres que les LEDs
Produits Disjoncteur (courbe C)
Type de lampe 10 A 16 A 25 A 40 A 63 A
1 tube avec compensation en 15 W 5 µF 11 19 24 48 72
parallèle[b] 18 W 5 µF 11 19 24 48 72
20 W 5 µF 11 19 24 48 72
36 W 5 µF 11 19 24 48 72
40 W 5 µF 11 19 24 48 72
58 W 7 µF 8 12 19 36 51
65 W 7 µF 8 12 19 36 51
80 W 7 µF 8 12 19 36 51
115 W 16 4 7 9 17 24
µF
2 ou 4 tubes avec 2 x 18 W 23 36 56 96 148
compensation en série 4 x 18 W 12 20 29 52 82
2 x 36 W 12 20 29 52 82
2 x 58 W 8 12 20 33 51
2 x 65 W 8 12 20 33 51
2 x 80 W 7 11 15 26 41
2 x 115 W 5 8 12 20 31
Tubes fluorescents avec ballast électronique
1 ou 2 tubes 18 W 56 90 134 268 402
36 W 28 46 70 142 213
58 W 19 31 45 90 134
2 x 18 W 27 44 67 134 201
2 x 36 W 16 24 37 72 108
2 x 58 W 9 15 23 46 70
Lampes fluorescentes compactes
Avec ballast électronique 5W 158 251 399 810 Usage peu
externe 7W 113 181 268 578 fréquent
9W 92 147 234 463
11 W 79 125 196 396
18 W 49 80 127 261
26 W 37 60 92 181
Avec ballast électronique 5W 121 193 278 568 859
intégré (en remplacement des 7 W 85 137 198 405 621
lampes à incandescence) 9W 71 113 160 322 497
11 W 59 94 132 268 411
18 W 36 58 83 167 257
26 W 25 40 60 121 182 N57
Lampes à vapeur de sodium basse pression avec ballast ferromagnétique et igniteur externe
Sans compensation[a] 35 W 4 7 11 17 29
55 W 4 7 11 17 29
90 W 3 4 8 11 23
135 W 2 3 5 8 12
180 W 1 2 4 7 10
Avec compensation en 35 W 20 3 4 7 12 19
parallèle[b] µF
55 W 20 3 4 7 12 19
µF
90 W 26 2 3 5 8 13
µF
135 W 40 1 2 3 5 9
µF
180 W 45 0 1 2 4 8
µF
Lampes à vapeur de sodium haute pression
Lampes à iodure métallique
Avec ballast ferromagnétique 35 W 12 19 28 50 77
et igniteur externe, sans 70 W 7 11 15 24 38
compensation[a] 150 W 3 5 9 15 22
250 W 2 3 5 10 13
400 W 0 1 3 6 10
© Schneider Electric
1000 W 0 0 1 2 3
Fig. N57 (suite): Nombre maximum de luminaires selon le calibre du disjoncteur (courbe C), pour des luminaires
autres que les LEDs
Produits Disjoncteur (courbe C)
Type de lampe 10 A 16 A 25 A 40 A 63 A
Avec ballast ferromagnétique 35 W 6 µF 14 17 26 43 70
et igniteur externe, avec 70 W 12 8 9 13 23 35
compensation en parallèle[b] µF
150 W 20 5 6 9 14 21
µF
250 W 32 3 4 5 10 14
µF
400 W 45 2 3 4 7 9
µF
1000 60 0 1 2 4 7
W µF
2000 85 0 0 1 2 3
W µF
Avec ballast électronique 35 W 15 24 38 82 123
70 W 11 18 29 61 92
150 W 6 9 14 31 48
[a] Les circuits avec ballasts ferromagnétiques non compensés consomment deux fois plus de courant pour une puissance utile
donnée. Ceci explique le nombre réduit de lampes présentant cette configuration.
[b] La capacité totale des condensateurs pour compensation d’énergie réactive en parallèle sur un circuit limite le nombre de
lampes pouvant être commandées par un contacteur. La capacité aval totale d’un contacteur modulaire de calibre 16, 25, 40 ou 63
A ne devrait pas dépasser 75, 100, 200 ou 300 μF respectivement. Il convient de tenir compte de ces limites lors du calcul du
nombre maximal admissible de lampes si les valeurs de capacité diffèrent de celles indiquées dans le tableau.
Lampes à vapeur de sodium haute pression: Pour les calibres 10 A et 16 A courbe B, le nombre de lampe devra être réduit de
10% pour limiter les déclenchements magnétiques "intempestifs".
Durée de fonctionnement
Une spécification de base est la durée de fonctionnement exigée pour l'éclairage de secours. Généralement celle-
ci est de 1 heure mais chaque pays peut avoir des exigences de durée différentes suivant les textes
réglementaires techniques en vigueur.
Fonctionnement
Les luminaires peuvent être répartis en différents types :
Luminaires sans entretien
les lampes sont allumées seulement en cas de défaillance de l'éclairage normal,
les lampes sont alimentées par batterie pendant la défaillance de l'éclairage normal,
la batterie est automatiquement rechargée dès le retour de l'alimentation du réseau normal.
Luminaires avec entretien
les lampes peuvent être allumées en permanence, N59
une alimentation spécifique est exigée, en plus de l'alimentation normale, spécialement pour alimenter les
lampes. Cette alimentation peut être déconnectée quand le local n'est pas utilisé,
les lampes sont alimentées par la batterie durant la défaillance.
4.7.4 Conception
L'intégration de l'éclairage de secours dans le réseau d'éclairage normal doit être strictement conforme aux
normes des installations électriques dans la conception d'un bâtiment ou d'un local spécifique (cf. Fig. N61).
© Schneider Electric
Fig. N61
Les principales fonctions
d'un système d'éclairage
de secours en cas de
défaillance de l'éclairage
normal
La norme EN 1838
Un document très important au niveau européen concernant l'éclairage de secours est la norme EN 1838
"Applications d'éclairage, Eclairage de secours". Cette norme indique les exigences et les contraintes concernant
le fonctionnement et les fonctions d'un système d'éclairage de secours.
N60 Les normes CEN et CENELEC
Le CEN (Comité Européen de Normalisation) a délégué au CENELEC (Comité Européen de Normalisation
Électrotechnique) la normalisation pour tout ce qui concerne l'électrotechnique.
Beaucoup de travaux sont réalisés dans le domaine de la sécurité et du secours, en particulier, une distinction a
été faite entre les normes pour l'éclairage normal et celles pour l'éclairage de secours.
Introduction
Les moteurs asynchrones sont robustes et fiables, et très largement utilisés : 95% des moteurs
installés à travers le monde sont asynchrones. La protection de ces moteurs est donc un sujet de
grande importance dans de nombreuses applications.
Les moteurs asynchrones sont utilisés dans une large variété d'applications.
Voici quelques exemples de machines :
pompes centrifuges,
ventilateurs et des souffleries,
compresseurs,
concasseurs,
convoyeurs,
ascenseurs et grues,
...
Les conséquences d'une panne moteur due à une mauvaise protection ou à un dysfonctionnement du circuit de
contrôle peuvent être les suivantes :
Fig. N62 t
Caractéristiques du
courant du démarrage
direct d'un moteur I" = 8 à 12 In
Id = 5 à 8 In
asynchrone.
In = Intensité nominale
du moteur
td
1 à 10s
20 à
30 ms
I
In Id I"
Classification des
Court-circuit / surintensité instantanée
fonctions de protection
Thermique (surcharge)
Voici une liste des fonctions de protection moteur et leur mode d'action.
Court-circuit
Déconnexion du moteur en cas de court-circuit entre les bornes du moteur ou dans ses enroulements.
Surintensité instantanée
Fonctionne sans retard intentionnel lorsque le courant dépasse une valeur prédéterminée.
Thermique (surcharge)
Déconnexion dans le cas d'un fonctionnement prolongé avec un couple supérieur à la valeur nominale. Cette
surcharge est détectée par la détection d'un excès de courant statorique ou de l'élévation de température au sein
du stator en utilisant des sondes PTC.
Déséquilibre de phases
Déconnexion en cas de déséquilibre élevé entre les courants de phase, déséquilibre provoquant une perte de
puissance accrue et une surchauffe. N63
Surintensité
Alarme ou déconnexion du moteur en cas d'une élévation de courant révélant un couple résistant trop important
sur l'arbre.
Blocage du rotor
Déconnexion lorsque le moteur sous tension est arrêté (ex. : concasseur engorgé) afin d'éviter la surchauffe et
des contraintes mécaniques.
Baisse d'intensité
Alarme ou déconnexion du moteur en cas d'une baisse de courant révélant un état de marche à vide tel que
© Schneider Electric
Délestage
Déconnexion du moteur quand une chute de tension est détectée, afin de réduire la charge de sa source
d'alimentation et permettre un retour à la normale de la tension.
Déséquilibre de tensions
Déconnexion en cas d'un important déséquilibre de tension, pouvant provoquer une perte de puissance et une
surchauffe.
Baisse de tension
Empêche le démarrage du moteur ou le déconnecte, car une tension d'alimentation réduite ne peut pas assurer un
fonctionnement correct du moteur.
Surtension
Empêche le démarrage du moteur ou le déconnecte, car une tension d'alimentation trop importante ne peut pas
assurer un fonctionnement correct du moteur.
Baisse de puissance
Alarme ou déconnexion en cas de puissance inférieure à la normale, car cette situation est révélatrice d'un état de
marche à vide tel que cavitation ou désamorçage d'une pompe de vidange ou encore arbre cassé.
Sur-puissance
Alarme ou déconnexion du moteur en cas de puissance plus élevée que la normale, cette situation est révélatrice
d'une machine en surcharge.
N64
Baisse du facteur de puissance
Alarme, protection utilisée pour détecter la baisse de puissance avec des moteurs ayant un courant à vide élevé.
Reprise à la volée
Rattrapage automatique avec recherche de vitesse (reprise à la volée).
50%
25%
12,5%
Surchauffe
0 = 25°C 10 K 20 K 30 K
= = = =
In 1,05 In 1,09 In 1,14 In
Les relais de surcharge (thermique ou électronique) protègent les moteurs contre les surcharges, mais ils doivent
permettre la surcharge temporaire causée par le démarrage sauf si le temps de démarrage est anormalement
long.
Selon l'application, le temps de démarrage d'un moteur peut varier de quelques secondes (pas de charge au
démarrage, faible couple résistant, etc.) à plusieurs dizaines de secondes (pour un couple résistant élevé par
exemple dû à la forte inertie de la charge entraînée). Il est donc nécessaire d'adapter les relais appropriés à la
durée du démarrage.
Pour répondre à cette exigence, la norme CEI 60947-4-1 définit plusieurs classes de relais caractérisées par leurs
courbes de déclenchement (voir Fig. N65a).
La courbe d'un relais doit être choisie en fonction du courant nominale du moteur et de son temps de démarrage.
Les relais de classe 10 sont adaptés aux moteurs d'usage courant.
Les relais de classe 20 sont recommandés pour les gros moteurs.
Les relais de classe 30 sont nécessaires pour les très longs démarrages de moteur.
Class 30
30
Class 20
20
Class 10
10
I/Ir
1,05 1,50 7,2
1,20
© Schneider Electric
Voici une liste des variables les plus utiles à surveiller, et l'avantage accordé par la mesure.
Courants
Ils sont directement responsables de l'échauffement des conducteurs et des bobinages des moteurs et donc d'une
éventuelle réduction de leur durée de vie. Ce sont des variables les plus importantes à surveiller. Leurs valeurs
donnent aussi une indication directe sur la charge du moteur et les contraintes subies par la machine.
Courant à la terre
Il peut être mesuré avec la somme des 3 phases si la précision requis n'est pas trop élevé (environ 30%). Si une
précision est requise alors il est mesuré avec un contrôleur de terre (précision 0,01 A)
Déséquilibre de phases
Un tel déséquilibre provoque des pertes supplémentaires dans le moteur, c'est une variable importante à contrôler.
Niveau d'échauffement
Sa valeur permet d'apprécier la capacité de surcharge restante et la marge de sécurité.
Fréquence
Mesure de courant à 47-53 Hz de la fréquence fondamental (sur la tension de ligne). Si la fréquence est instable
(+/-2 Hz variations), la valeur affichée sera 0 jusqu'à l'obtention d'une valeur stable.
Déséquilibre de tensions
Comme le déséquilibre de phases, il est responsable de pertes supplémentaires dans le moteur, c'est donc aussi
© Schneider Electric
Puissance active
Indication de la charge appliquée au niveau du moteur.
Puissance réactive
Indication de la puissance réactive qui peut être nécessaire de compenser par la mise en œuvre de
condensateurs.
Facteur de puissance
Indication du niveau de charge du moteur.
Energie active
Permet de rapprocher la quantité d'énergie consommée au temps de fonctionnement ou à la quantité de
marchandises produites par machine.
Énergie réactive
Permet de déterminer la nécessité de la mise en œuvre de condensateurs afin d'éviter le paiement de pénalités à
l'utilitaire.
Fig. N65c
Dispositif "haute
performance" de
protection et de
surveillance de moteur
(TeSys T, Schneider
Electric).
© Schneider Electric
La commande et le contrôle des moteurs font l'objet de différentes normes en vigueur listées sur la figure N67.
Différentes catégories d'emploi des contacteurs en courant alternatif ont été définies par la norme CEI 60947-4-1,
elles sont présentées dans la figure N68 avec leurs applications typiques.
Parmi les solutions possibles pour protéger un moteur, l'association disjoncteur + contacteur +
relais thermique[7] présente de nombreux avantages.
© Schneider Electric
réduction de la charge d'entretien de l'installation : le disjoncteur évite l'emploi de fusibles et leurs inconvénients
(stock, problème de type et de calibres des fusibles),
meilleure continuité d'exploitation : l'installation peut être remise en route immédiatement après élimination du
défaut et après vérification du démarreur,
adjonctions aisées de toutes les fonctions complémentaires demandées à un équipement de départ moteur,
coupure omnipolaire assurée (le risque de marche en monophasé du moteur est ainsi supprimé),
coupure en charge du circuit en cas de défaillance du contacteur,
verrouillage,
signalisations diverses,
meilleure protection du démarreur pour des courants de court-circuit inférieurs à environ 30 fois le courant
assigné du moteur[8](cf. Fig. N70),
possibilité de protection différentielle intégrée :
prévention des risques d'incendie (sensibilité 500 mA),
protection contre la destruction du moteur (perforation des tôles) en détectant les défauts d'isolement phase-
masse (sensibilité 300 mA à 30 A).
Fig. N70 t
Courbes de Disjoncteur Plage 1,05 à 1,20 In
fonctionnement de
l'association disjoncteur + Courbe de fonctionnement
contacteur + relais Fin de du relais thermique
thermique[7] démarrage
Limite de contrainte
Contacteur thermique du câble
1à
Relais 10 s
thermique Limite de contrainte
du relais thermique
Câble PdC de l'association
5.6.2 Conclusion
L'association disjoncteur + contacteur + relais thermique pour la commande et la protection de départs moteurs
N69
est parfaitement appropriée quand :
le service entretien de l'installation est réduit ; c'est le cas en général du tertiaire et des petites et moyennes
industries,
le cahier des charges impose des fonctions complémentaires,
l'utilisation nécessite un organe de coupure en charge en cas de non ouverture du contacteur.
simple avec une protection optimale qui est facile à mettre en œuvre.
[8] Dans la majorité des cas, les défauts développant des courants de court-circuit se produisent au niveau du moteur, de sorte que le courant est limité par les
câbles et les bobinages du stator, et ces défauts sont alors appelés "courts-circuits implants"
Bien que présenté comme un appareil unique, un ACP peut avoir une modularité identique ou plus grande qu'une
solution démarreur-moteur à "3 produits". Ceci est le cas avec le démarreur-contrôleur "TeSys U" (cf. Fig. N71).
Fig. N71
Exemple de la modularité Unités de contrôle (UC)
d'un ACP (démarreur-
contrôleur TeSys U de
Schneider Electric)
Modules de fonctions et
de communication
Ces démarreurs-contrôleurs peuvent être équipés d'une unité de contrôle assurant les fonctions de commande et
de protection, interchangeable à tout moment, pour des moteurs de 0,15 A à 32 A dans une "base puissance" ou
"base unité" de calibre 32 A.
Des fonctionnalités additionnelles peuvent être installées en terme de
puissance : des blocs limiteurs, des blocs inverseurs ;
contrôle et commande :
modules de fonctions, d'alarmes, d'indication de charge moteur, de réarmement automatique, etc.,
modules de communication : AS-I, Modbus, Profibus, CAN-Open, etc.,
modules de contacts auxiliaires, de contacts additifs.
N70
De nombreuses fonctions de communication sont disponibles sur ces démarreurs-contrôleurs (cf. Fig. N72)
Fig. N73
Exemple de composition
d'un iMPR (TeSys T de
Schneider Electric)
N71
Pour garantir la disponibilité, la sécurité et la fiabilité de l'application, une armoire MCC doit être un ensemble de
série (ES) ou un ensemble dérivé de série (EDS). ES et EDS sont des équipements BT définis par les normes CEI
60 439-1 qui imposent différentes caractéristiques techniques, règles de conception et d’essais. Pour les systèmes
iPMCC ces essais sont importants, notamment celui de l'échauffement car les équipements électroniques sont
particulièrement sensibles à la chaleur.
Une armoire MCC est différente d'une armoire électrique universelle qui ne peut être utilisée que pour accueillir un
groupe de quelques départs-moteurs. Une armoire électrique universelle a des caractéristiques électriques moins
exigeantes, et ne comporte pas de séparation entre les différentes unités fonctionnelles contenant des départs-
moteurs. Par conséquent, un arrêt complet des armoires universelles est nécessaire pour les opérations de
maintenance ou pour tous les réglages des démarreurs.
Fig. N74
LTME
Exemple d'une armoire
électrique iPMCC à tiroirs
(Okken de Schneider
Electric)
3M drawer LTMR
3M drawer
IPMCC offre de grands avantages à toutes les étapes de la vie d'une installation électrique : pour sa conception et
sa réalisation, comme pour son exploitation.
Réduction des coûts et du temps nécessaire pour des évolutions des installations
études simplifiées,
pas de câblage nécessaire,
simplification des réglages,
mise en service et réglage du processus facilités.
Une offre iPMCC complète concentre les connaissances et l'expérience de la distribution électrique, de la
protection et du contrôle des moteurs, de l'automatisation et de l'installation. C'est pourquoi peu de constructeurs
de la distribution électrique et de l'automatisation peuvent proposer une telle offre.
© Schneider Electric
Fig. N75
Différents protocoles de Bus de données
Profibus-FMS
communication
Modplus Plus
Bus de terrain
Ethernet
Profibus-DP
Modbus
DeviceNet
CANopen
Bus des appareils
Fipio
Bus des capteurs
ASI
5.9.1 Modbus
Modbus est un protocole de communication du niveau "application". Il est indépendant de la couche physique
(bus).
Fig. N76
Une architecture Modbus
MODBUS APPLICATION LAYER
N73
Modbus on TCP
TCP
IP
Les protocoles Modbus peuvent être employés sur des liaisons RS232, RS442 ou RS485 ainsi qu'avec d'autres
médias, comme Ethernet.
Modbus SL est le protocole de dialogue appliqué aux liaisons série, basé sur une structure de type maître/
esclave : le maître pose des questions et les esclaves donnent les réponses, et même lorsque plusieurs
périphériques sont connectés à une ligne en série, un seul appareil peut parler à la fois. Il est utilisé pour des
réseaux d'automates programmables.
La solution Modbus RS485 a été la plus utilisée dans le monde. Elle permet des vitesses de communication allant
jusqu'à 115 kbps, mais la plupart des dispositifs supportent seulement des communications jusqu'à 19,2 kbps. Elle
est d'un faible coût de mise en œuvre. Cette solution a la plus large base installée et de réseaux de fournisseurs.
Le point faible de Modbus SL est sa vitesse de transmission limitée par la vitesse des lignes en série et le nombre
maximum d'appareils. Modbus SL peut être confronté à certains problèmes dans son application sur des sites
industriels très importants, mais il est encore un choix économique et raisonnable pour la majorité des systèmes
de protection moteur.
Question
Reponse
1 à 247 esclaves
même temps,
un client peut parler à plusieurs serveurs en même temps,
un serveur peut répondre à plusieurs clients en même temps,
Ethernet dirige et s'assure de la livraison des données à tous les périphériques en même temps.
Fig. N78
Une architecture typique
de la communication
Gestionnaire IO
scanner (serveur)
Passerelle
IN
Envoi des
questions
Envoi des
réponses
Exploitation Données
des appareils d'entrée/sortie
5.9.6 Profibus
Profibus-DP est un protocole avec une vitesse de transmission élevée. Il prend en charge la communication
jusqu'à 12 Mbps, mais en fait 1,5 Mbps est la vitesse maximale la plus courante, car la vitesse de 12 Mbps
nécessite des supports de transmission spéciaux et ne peut être mise en œuvre que sur une courte distance pour
être atteinte.
5.9.7 DeviceNet
Ce protocole permet une communication avec 3 vitesses possibles: 125, 250 ou 500 kbps dont le choix dépend de
la longueur du bus et du câble ainsi que la consommation des appareils. Le nombre maximal d'appareils reliés est
N76 de 64, y compris les appareils maîtres. La longueur du bus est limitée à 100 m à 500 kbps. DeviceNet est
largement utilisé dans l'industrie automobile.
5.9.8 Résumé
Le tableau de la figure N80 présente un comparatif réduit (non-exhaustive) de ces protocoles.
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07/2017