Le b.a.-ba du chantier/Électricité

Normes

• norme NF C15-100 d'application obligatoire

 consultable sur afnor.org au format PDF, après création automatique d'un compte et installation du plugin FileOpen.
 lien

Guides

• Catalogue Hager
• Legrand
• Documentation Schneider
• Promotelec

Livres

• Électricité : réaliser son installation, de Gallauziaux et Fedullo, édition Eyrolles, novembre 2012, 20 €: adapté aux normes récentes et bien illustrer

Schéma électrique

Logiciels:

• QElectroTech]

(issu d'une plaquette Promotelec)

La distribution de l'électricité

L'électricité est distribué en triphasé (3 câbles) à une fréquence de 50 Hz (période de 20 ms). Le multi-phasé permet de réduire les oscillations de couple au niveau des alternateurs.

La haute-tension arrive en 20 kV triphasé au transformateur de distribution qui la converti en 230 V tétrapolaire (trois phases et le neutre) (note: ceci n'est pas vrai pour le régime IT). Le primaire est formé de trois enroulements branché entre les trois phases (couplage en triangle). Le secondaire du transformateur est formé de trois enroulements délivrant trois phases et reliés entre eux au neutre (couplage en étoile) qui est lui même relié à la terre (équipotentielle de référence).

Pour plus de détails sur les schémas de liaison à la terre, voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Sch%C3%A9ma_de_liaison_%C3%A0_la_terre.

Pour les installations domestique en France, le schéma TT (neutre du secondaire à la terre, masse utilisateur à la terre) est obligatoire (cf. RGIE).

La tension efficace entre une phase et le neutre est de 230 V et entre phases de 380 V. La tension entre le neutre et la terre doit être en principe proche de zéro (il peut y avoir une chute de potentiel).

La nomenclature (CENELEC) des câbles est:

• phase 1: L1 brun
• phase 2: L2 noir
• phase 3: L3 gris
• neutre: bleu (à respecter)
• conducteur de protection: rayé vert-jaune (à respecter)

Dans les installations domestiques monophasés, la phase est parfois rouge.

Le triphasé peut être utilisé selon deux couplages:

• étoile: les récepteurs sont placés entre les phases et le neutre (230 V)
• triangle: les récepteurs sont placés entre les phases (380 V)

Une machine peut être raccordé selon ces besoins en puissance électrique en monophasé (phase et neutre), en triphasé (trois phases) et en tétrapolaire (triphasé et neutre). Le biphasé est aussi utilisé.

Couleur des câbles

• terre: rayé vert-jaune (à respecter)
• neutre: bleu (à respecter)
• phase: monophasé rouge, triphasé brun/noir/gris
• navette: autre couleur

Un câble de couleur autre que le rayé vert-jaune ou le bleu est potentiellement mortel.

Type de câbles

• H07VU : câble rigide à un conducteur
• U 1000 R 2V : câble rigide multi-conducteur

Section des câbles

On peut trouver de la documentation:

• dans les normes NF, Promotelec
• dans les catalogues constructeurs (matériels électriques et câbles)

Liens:

• cours: SECTION DES CONDUCTEURS ET PROTECTION DES INSTALLATIONS
• http://mapage.noos.fr/jacques.bourbon/diaporamas/La%20chute%20de%20tension.pdf

Résumé

Selon la norme NF C15-100.

Section (en mm2)	Usage	Protection Disjoncteur (en A)	Longeur Maximum (en m) (non normalisé)
1.5	éclairage, prise de courant 16 A (5 socles maxi), convecteur 2250 W	16 A	14 m
2.5	prise de courant 16 A (8 socles maxi), convecteur 4500 W, four, chauffe-eau	20 A	19 m
4	convecteur 5750 W	25 A	23 m (@ 27 A)
6	convecteur 7250 W, plaque de cuisson	32 A	28 m
10			34 m (@ 45 A)
16			32 m (@ 64 A)
25			47 m (@ 82 A)

Longueur admissible d'un conducteur en cuivre pour un récepteur purement résistif (cos phi = 1) :

Chute de tension maximale

Normalisé par NF C15-100 :

	Éclairage	Autres usages
Type A : Installations alimentées directement par un branchement à basse tension, à partir d’un réseau de distribution publique à basse tension.	3 %	5 %
Type B : Installations alimentées par un poste de livraison ou par un poste de transformation à partir d’une installation à haute tension et installations de type A dont le point de livraison se situe dans le tableau général BT d’un poste de distribution publique.	6 %	8 %

Impédance d'un conducteur

La résistance d'un conducteur est $R=\frac{\rho l}{s}$ où $\rho$ est la résistivité, s la section et l la longueur du conducteur.

La résistivité des métaux courant est:

• cuivre: $\rho (T=0C)={\rho }_0=16m\mathrm{\Omega }m/m{m}^2$ et $\rho (T)={\rho }_0(1+0.00393T)$
• aluminium: ${\rho }_0=18m\mathrm{\Omega }m/m{m}^2$

Pour un câble de cuivre de section 1.6 mm2, on a une résistance linéique de 10 mOhm par mètre.

Pour un câble de cuivre isolé, la norme considère $\rho =1.25\times \rho (T=40C)=23m\mathrm{\Omega }m/m{m}^2$

En général les câbles montant et descendant (phase et neutre par exemple) sont proche les uns des autres. Comme le courant est variable, il y a un phénomène d'induction entre les câbles, qui est pris en compte par la réactance linéique du conducteur.

La valeur de la réactance linéique des conducteurs $\lambda$ selon leurs dispositions :

• câbles multi-conducteurs ou mono-conducteurs en trèfle : 0.08 mΩ/m
• câbles mono-conducteurs jointifs en nappe : 0.09 mΩ/m
• câbles mono-conducteurs séparés : 0.13 mΩ/m

L'impédance complexe d'un conducteur s'écrit :

$Zc=l\left(\frac{\rho }{s}+j\lambda \right)$

et la chute de tension s'écrit :

$\mathrm{\Delta }\tilde{U}c=l\left(\frac{\rho }{s}+j\lambda \right)I{e}^{j(wt-\phi )}$

soit

$\mathrm{\Delta }Uc=l\left(\frac{\rho }{s}\cos (\phi )+\lambda \sin (\phi )\right)I$

• dans le cas d'un circuit monophasé 230 V $\mathrm{\Delta }U=2\mathrm{\Delta }Uc$
• dans le cas d'un circuit triphasé 230 V $\mathrm{\Delta }U=\sqrt{3}\mathrm{\Delta }Uc$
• dans le cas d'un circuit triphasé 400 V $\mathrm{\Delta }U=2\mathrm{\Delta }Uc$

Pour estimer le courant maximal admissible par une section de conducteur, on peut calculer la puissance dissipé par effet Joule $\frac{1}{2}Z{I}^2$ et prendre une valeur faible (1 W par exemple).

Il faut toutefois se référer au norme et aux documentations constructeurs.

Application numérique:

• câble en cuivre de 2.5 mm2
• récepteur de 500 W soit I = 2.3 A
• chute de tension à 3 % de 230 V = 7 V
• longueur maxi = 7 / (2*(.023/2.5)*2.3) = 165 m
• effet Joule pour 1 m @ 20 A = (.023/2.5)*20**2 = 3,7 W
• perte pour 19m @ 20 A = 70 W contre 4600 W soit 1.5 %

Disjoncteur

Un disjoncteur est équipé de deux types de protection qui sont complémentaire :

• protection thermique par un bilame : elle réagit lentement à un surrégime, elle est calibré sur l'intensité nominale du disjoncteur ;
• protection magnétique : elle réagit rapidement aux surintensités, le seuil de déclenchement est bien supérieur à l'intensité nominale.

Caractéristiques :

• In : intensité nominal, valeur maximal du courant permanent que peut supporter le disjoncteur
• Ir : courant de réglage, seuil de déclenchement du disjoncteur
• Im : seuil de déclenchement pour les fortes surintensités
• Ici ou Icn : intensité de courant de court-circuit, surintensités maximal que peut supporter le disjoncteur sans destruction

La courbe de déclenchement caractérise le seuil de déclenchement de la protection magnétique. On la caractérise par un facteur de l'intensité nominale:

• disjoncteur avec déclencheur thermique :
  • courbe B : entre 3 et 5 ou 3,2 et 4,8 In, utilisé pour les grandes longueurs de câbles;
  • courbe C : entre 5 et 10 ou 7 et 10 In, utilisé pour les récepteurs classiques ;
  • courbe D ou K : entre 10 et 14 In, utilisé pour les forts appels de courant ;
  • courbe Z : entre 2,4 et 3,6 In, utilisé pour l’électronique.
• disjoncteur sans déclencheur thermique :
  • courbe MA : 12 (± 20 %) In, utilisé pour les démarreurs de moteur.

Le disjoncteur différentiel met en œuvre une protection accrue des personnes en mesurant une fuite de courant, càd. la différence de courant entre la phase et le neutre. Le seuil est de 30 mA pour les disjoncteurs en aval et de 500 mA pour le disjoncteur général. La différence de courant est mesuré par un système magnétique, la phase et le neutre sont enroulé dans un sens différent autour d'un tore, un troisième enroulement mesure la différence et alimente une bobine de déclenchement.

Il existe 3 classes de disjoncteur différentiel:

• type AC : modèles classiques pour le courant alternatif ;
• type A : modèles dédiés aux appareils qui peuvent générer une composante continu tel que les cuisinières, plaques de cuisson à induction, lave-linge ;
• type HI : modèles bénéficiant d’une immunisation complémentaire contre les déclenchements intempestifs, pour les congélateurs, l'informatique.

Note: pour une habitation de plus de 100 m2, la norme impose 1 type A de 40 A/30 mA et 3 type AC de 40 A/30 mA.

Emplacements des équipements

Les appareils de commande doit être posé entre 90 et 130 cm du sol (enfant et personne en fauteuil roulant).

Raccordements de bases

Va-et-vient :

• du disjoncteur divisionnaire,
• la phase (rouge) entre dans le va-et-vient #1,
• d'où une paire de navettes (violet) sort,
• et entre dans le permutateur (cette partie peut être répété autant de fois que nécessaire ou omise),
• d'où une paire de navettes sort,
• et entre dans le va-et-vient #2
• d'où un fil pilote (orange) alimente l'éclairage via un neutre (bleu) relié au disjoncteur divisionnaire.

Télérupteur bipolaire :

• du disjoncteur divisionnaire,
• la phase (rouge) raccorde une série de bouton poussoir en parallèle, d'où le deuxième câble (violet) alimente la bobine du télérupteur (plot A2) via le neutre (plot A1),
• la phase (rouge) et le neutre (bleu) entre dans le télérupteur (plot 1 et 3),
• d'où sort un neutre (bleu) et un câble de phase (orange) (plot 2 et 4) alimente l'éclairage.