Génie électrique

Le critère du N-1

2011-11-08T18:31:00.000+01:00

Le critère du N-1

Le critère du N-1 stipule que tout système de production-transport d’électricité doit pouvoir à tout moment faire face à la perte d’un élément du système sans que cela ait un impact sur le consommateur final. Nous pouvons caractériser ce critère différemment pour le réseau et pour le parc de production.

Le parc de production.

Le critère du N-1 appliqué au producteur d’électricité consiste à exiger de lui que son parc de production puisse répondre à tout instant à la perte de sa plus grosse unité de production. Ainsi, le producteur est légalement tenu de mettre en place des mécanismes de réserve de production rapidement activable, appelée « réserve tournante », la somme des réserves de chaque centrale couvrant la puissance perdue.

Le système de transmission.

La règle du N-1 consiste à prévoir qu’une ligne, un poste transformateur (ou n’importe quel autre élément du système de transmission) peut à tout moment se trouver hors tension et que le système électrique doit être en mesure de poursuivre son fonctionnement sans engendrer de situation non maîtrisée pouvant conduire à un incident de grande ampleur, voire à un " black-out ". Les flux électriques traversant la ligne soudainement mise hors tension (par fonctionnement de protections automatiques, par exemple) doivent pouvoir être repris et supportés par le réseau électrique environnant. Il s’agit d’une des règles de conduite essentielle des réseaux électriques, reconnue par l’ensemble des gestionnaires de réseau de l’UCTE.

Les réseaux électriques belge et européen

2011-11-08T18:17:00.001+01:00

Les réseaux électriques belge et européen

Introduction historique.

C’est vers la fin du XIXe siècle qu’ont été développées les premières applications permettant d’utiliser l’électricité comme source d’énergie :

Ø 1868 : Zénobe Gramme réalise la première dynamo.

Ø 1879 : Thomas Edison construit la première ampoule à incandescence ; la première centrale hydraulique, d’une puissance de 7kW, est construite à Saint-Moritz.

Ø 1882 : Edison réalise les premières centrales électriques à Londres et New York (30kW) ; la première ligne de transport d’électricité est construite en Allemagne (2400V, 59 km).

Depuis cette époque, les systèmes de production et de transport d’électricité ont considérablement évolué. A l’origine décentralisée et proche des lieux de consommation, la production électrique a bénéficié du développement de générateurs de plus en plus performants ; le réseau électrique a quant à lui bénéficié du développement de la haute tension (110, 220 puis 380kV) permettant un transport sur de longues distances grâce à la réduction des pertes par effet Joule.

Parallèlement, les exigences des clients industriels et résidentiels en termes de qualité de l’électricité fournie se sont fortement accrues : contrôle de la tension et de la fréquence, élimination des harmoniques et des transitoires du courant.

Cette exigence de qualité et le développement du transport sur longue distance a conduit les réseaux électriques européens à devenir de plus en plus maillés – assurant ainsi une fonction de support mutuel en cas de défaillance d’un élément du système : d’abord aux niveaux nationaux, puis au niveau européen. Enfin, les échanges transfrontaliers se sont considérablement accrus depuis la libéralisation du marché européen de l’électricité au début des années 2000. Ainsi, le réseau européen UCTE regroupe aujourd’hui 24 pays et fonctionne comme un seul réseau synchrone.

Description et rôle des gestionnaires du réseau.

Nous présentons ici une brève description des gestionnaires des réseaux de transport d’électricité: les TSO belge, français et allemands. Nous expliquons également le rôle de coordination joué par l’UCTE, qui regroupe les TSO des 24 pays raccordés au réseau synchrone européen.

Belgique - Elia System Operator SA/NV.

Elia est le gestionnaire du réseau électrique à haute tension belge. Il possède l'ensemble des infrastructures belges dont la tension va de 150 à 380 kV – ainsi que la quasi-totalité de l’infrastructure de 30 à 70 kV – et dessert les grands utilisateurs industriels.

La libéralisation du marché de l’électricité s’est accompagnée en 2001 d’une obligation de séparation entre la gestion de réseau de transport, d’une part et, d’autre part, la production et la vente d’électricité. A cet effet, la gestion de réseau de 30 kV à 380 kV d’Electrabel et de CPTE a été réunie le 28 juin 2001 au sein d’une seule et même organisation. Le 20 juin 2005, Elia est entré sur la cote Euronext à la bourse de Bruxelles.

De par la position centrale de la Belgique en Europe, le réseau d'Elia est un élément essentiel du réseau européen en permettant l'interconnexion du réseau français – plus gros exportateur européen – avec les réseaux nord-européens.

Les activités principales d’Elia sont les suivantes :

Ø Gestion de l’infrastructure: l’entretien et le développement du réseau, ainsi que le raccordement d’installations électriques au réseau.

Ø Gestion du système: l’octroi de l’accès au réseau, la fourniture de tous les services pour le transport de l’électricité, le suivi des flux sur le réseau afin d’assurer son bon fonctionnement et la gestion 24h/24 de l’équilibre entre consommation et production d’électricité.

Ø Facilitation du marché: le développement d’initiatives visant à améliorer le fonctionnement du marché de l’électricité.

France – RTE.

Issu tout comme Elia de l’application au niveau national de la Directive 96/92/CE, RTE a été crée le 1er juillet 2000 et est devenue en 2005 une société anonyme à capitaux publics, filiale du groupe EDF. Le contrat de service public, signé le 24 octobre 2005 précise les engagements de RTE en vue d’assurer la pérennité des missions de service public que le législateur lui a confiées, en particulier dans deux domaines : la gestion du réseau public de transport et la sûreté du système électrique. Le rôle de RTE est triple et similaire à celui d’Elia :

Ø Gérer les infrastructures de réseau. RTE doit entretenir le réseau, renforcer sa robustesse et le développer en fonction de la demande, en veillant à réduire son impact environnemental. Il doit assurer la continuité et la qualité de la fourniture de courant.

Ø Gérer les flux d'électricité sur le réseau. RTE doit veiller à la sécurité d'approvisionnement et alerter les pouvoirs publics en cas de risque de rupture. La sûreté de fonctionnement du système électrique est au cœur des responsabilités confiées à RTE.

Ø Contribuer au bon fonctionnement du marché de l'électricité. RTE garantit à tous les utilisateurs du réseau de transport d'électricité un traitement non discriminatoire, sur la base de tarifs d'accès publics, indépendants de la distance entre fournisseur et consommateur. RTE favorise la fluidité des échanges. Il travaille à développer les capacités d'interconnexion, en coopération avec les autres TSO.

Europe – UCTE.

L’Union pour la Coordination de la Transmission d’Electricité (UCTE) coordonne le fonctionnement et le développement du réseau de transmission d’électricité. Association regroupant les TSO de 24 pays, elle fournit également une plateforme de marché aux parties prenantes du marché interne de l’électricité européen.

L’UCTE milite pour l’efficacité et la sécurité d’approvisionnement au sein des réseaux interconnectés et effectue des recommandations en cas de non respect des règles d’adéquation des systèmes. A ce jour, le réseau UCTE délivre de l’électricité à quelques 430 millions d’Européens, ce qui en fait le plus grand réseau synchrone au monde. Des projets d’interconnexion avec l’Afrique du Nord et l’Europe de l’Est sont également à l’étude.

La Figure 1 présente l’ensemble du territoire européen couvert par le réseau UCTE. On remarque notamment que le Royaume-Uni possède un réseau électrique indépendant (relié toutefois au continent par un câble sous-marin), ainsi que les pays scandinaves (réseau Nordel). Le Tableau 1 présente quant à lui quelques caractéristiques relatives au réseau UCTE.

Tableau 1 : Caractéristiques du réseau UCTE.

Figure 1 : Pays interconnectés au réseau synchrone européen UCTE.

Enfin, la Figure 2 présente le bilan des flux physiques transfrontaliers sur le réseau européen UCTE en 2007. On remarque notamment la forte importation d’électricité en Italie et la forte exportation de la France.

Conversion continu/continu Les hacheurs

2011-10-11T18:08:00.000+02:00

Conversion continu/continu Les hacheurs

Principe du hacheur série (abaisseur de tension).

Commande des interrupteurs.

fréquence de hachage : f_H = 1/T_H

Rapport cyclique :

Chronogrammes.

Application : commande d’un moteur à courant continu.

Ø Interrupteur K₂.

Une diode de puissance suffit (diode de « roue libre »)

Ø Interrupteur K₁.

Il doit être :

· commandable à la fermeture (amorçage).

· commandable à l’ouverture (extinction).

· unidirectionnel en courant.

Symbole général :

Ø En pratique :

· transistors bipolaires, MOSFET, IGBT …

· thyristors GTO, IGCT …

Ø vitesse de rotation.

Pour un moteur à excitation constante :

Champ magnétique tournant

2011-10-11T17:42:00.000+02:00

Champ magnétique tournant

Champ tournant produit par un aimant.

Le champ magnétique “tournant” est caractérisé par sa vitesse de rotation W_S.

Champ tournant produit par un système triphasé.

Soit trois bobines alimentées par un système de tensions triphasées :

Au centre, le champ magnétique résultant est un champ tournant.

Vitesse de rotation :

W_S = w = 2pf

Principe de la machine synchrone.

Les mouvements de l'aimant et de l'aiguille aimantée sont synchrones :

W= W_S

C'est pour cela que W_S est appelée vitesse de synchronisme.

Principe de la machine synchrone.

L'aiguille (le rotor) tourne à la vitesse de synchronisme :

W = W_S = w = 2pf

C'est le principe de fonctionnement du moteur synchrone.

Principe de la machine asynchrone.

Remplaçons l'aiguille aimantée par un disque conducteur non ferromagnétique :

On constate que le disque tourne à une vitesse légèrement inférieure à la vitesse de synchronisme.

Les deux mouvements sont asynchrones.

Principe de la machine asynchrone.

Pour f = 50 Hz, le disque (le rotor) tourne à une vitesse un peu inférieure à 50 tr/s.

C'est le principe de fonctionnement du moteur asynchrone.

Transformateur en régime sinusoïdal

2011-10-11T17:12:00.001+02:00

Transformateur en régime sinusoïdal

Introduction.

Ø Constitution.

Le transformateur monophasé est constitué de deux enroulements indépendants qui enlacent un circuit magnétique commun :

Ø Symbole électrique.

Ø Branchement.

L'enroulement primaire est branché à une source de tension sinusoïdale alternative.

L'enroulement secondaire alimente une charge électrique :

Le transformateur parfait.

Ø Le transformateur utilise le phénomène d'induction électromagnétique.

Loi de Faraday :

F(t) est le flux magnétique canalisé par le circuit magnétique.

Au secondaire :

Ø Relation entre les valeurs efficaces :

Ø Bilan de puissance du transformateur parfait

· pas de pertes : P2 = P1 (rendement de 100 %)

· circuit magnétique parfait : Q2 = Q1

Par conséquent :

S₂ = S₁

V₂I₂ = V₁I₁

Facteur de puissance : cos j₂ = cos j₁

C'est la charge du secondaire qui impose le facteur de puissance.

Ex. : cos j₂ = 1 pour une charge résistive.

Transformateur réel.

En réalité :

Ø P₂ < P₁ : rendement < 1 car :

· pertes Joule dans les enroulements.

· pertes fer dans le circuit magnétique.

· Vibrations.

Ø La magnétisation du circuit magnétique demande un peu de puissance réactive : Q₂ < Q₁.

Ø A vide (pas de charge au secondaire : I₂ = 0) : I_1v ≠ 0.

Ø V₂ dépend du courant I₂ débité dans la charge.

Définition.

Rapport de transformation à vide :

En pratique :

Par la suite, on suppose que :

Ø Deux grands types de transformateurs :

· élévateur de tension (abaisseur de courant) : m_v> 1 N₂ > N₁

· abaisseur de tension (élévateur de courant) : m_v < 1 N₂ < N₁

L’enroulement de petite section est relié à la haute tension.

Schéma équivalent du transformateur réel.

On utilise l'hypothèse de Kapp, c'est à dire :

Ø transformateur parfait pour les courants :

Ø pas de pertes fer.

R₁ : résistance de l'enroulement primaire.

R₂ : résistance de l'enroulement secondaire.

L₁ : inductance des fuites magnétiques au primaire.

L₂ : inductance des fuites magnétiques au secondaire.

Ø Schéma équivalent vu du secondaire.

On peut résumer les deux schémas précédents en un seul.

Avec la notation complexe :

R_s : résistance des enroulements ramenée au secondaire.

L^s : inductance de fuite ramenée au secondaire.

X_s = L_sw : réactance de fuite ramenée au secondaire.

On montre que :

Loi des branches :

Ø Diagramme de Kapp.

C’est la représentation de Fresnel du schéma équivalent vu du secondaire :

Chute de tension en charge.

Par définition, la chute de tension en charge au secondaire est :

DV₂ = V_2vide - V₂

En pratique : R_sI₂ et X_sI₂ << V₂.

On peut faire l'approximation suivante :

La chute de tension :

· est proportionnelle au courant débité.

· dépend de la nature de la charge (facteur de puissance).

Bilan de puissance.

P₁ et P₂ sont des puissances électriques :

· P₁ = V₁I₁cos j₁

· P₂ = V₂I₂cos j₂

Les pertes ont deux origines :

• électrique.

Les pertes Joule (ou pertes cuivre) dans les enroulements :

p_Joule = R₁I₁² + R₂I₂² = R_sI₂²

• magnétique.

Les pertes fer dans le circuit magnétique dépendent de la tension d'alimentation :

p_fer a V₁²

Rendement.

Transformateur triphasé.

Trois enroulements au primaire (un par phase).

Trois enroulements au secondaire (un par phase).

Rendement.

Puissances électriques en régime sinusoïdal

2011-10-08T17:03:00.001+02:00

Puissances électriques en régime sinusoïdal

Puissances.

Ø Puissance instantanée.

Soit un dipôle quelconque :

A l’instant t : p(t) = u(t)i(t) [W] = [V][A]

Ø Puissance “active” P (en watt).

La puissance active est la valeur moyenne de la puissance instantanée :

P = <p(t)>

Pour un dipôle linéaire en régime sinusoïdal :

Ueff : valeur efficace de la tension (en V).

Ieff : valeur efficace du courant (en A).

j : déphasage entre la tension et le courant (j_u/i).

Ø Puissance “réactive” Q (en var : voltampère réactif).

Pour un dipôle linéaire en régime sinusoïdal :

Q = Ueff Ieff sin j

Ø Puissance “apparente” S (en VA : voltampère).

S = Ueff Ieff

Remarque : S est positive.

Ø Relation entre les puissances.

En résumé : triangle des puissances :

Puissances consommées par les dipôles passifs élémentaires (en convention récepteur).

Ø résistance R (en W).

Déphasage nul : j = 0

P = UI cos j = UI

Loi d’Ohm : U = RI

P = RI² (loi de Joule)

Q = UI sin j = 0 var

Une résistance ne consomme pas de puissance réactive.

Ø Bobine parfaite d’inductance L (en henry).

j = +90°

P = 0 W

La bobine ne consomme pas de puissance active.

Q = UI sin j = UI

Loi d’Ohm : U = ZI avec : Z = Lw

Q = +LwI² > 0

La bobine consomme de la puissance réactive.

Ø Condensateur parfait de capacité C (en farad).

j = -90°

P = 0 W

Le condensateur ne consomme pas de puissance active.

Q = -UI

Impédance : Z = 1/(Cw)

Q = -I²/(Cw) < 0

Le condensateur est un générateur de puissance réactive.

Vecteurs de Fresnel et puissances.

Nombres complexes et puissances.

Ø Puissance apparente complexe : S = U I*.

U = (U, ju) : nombre complexe associé à la tension.

I = (I, ji) : nombre complexe associé au courant.

I* désigne le conjugué de I.

S = U I* = (UI, ju - ji) = (S, j)

S est le module de S

P est la partie réelle de S

Q est la partie imaginaire de S

En définitive : S = P + jQ

Application : puissances des dipôles passifs linéaires.

En régime sinusoïdal, un dipôle passif linéaire est caractérisé par son impédance complexe :

Z = R + jX

Avec :

• R la résistance (en W)

• X la réactance (en W)

On montre que :

S = Z I² = U² / Z

P = R I² : Loi de Joule

Q = X I²

Remarque : Q et X ont le même signe.

On peut donc classer les dipôles en trois catégories :

X = 0 Q = 0 : dipôle résistif (j = 0°)

X > 0 Q > 0 : dipôle inductif (0° < j < +90°)

X < 0 Q < 0 : dipôle capacitif (-90° < j < 0°)

Cas particulier des dipôles passifs élémentaires.

Théorème de Boucherot.

Le théorème de Boucherot traduit la conservation de l'énergie :

Attention : le théorème de Boucherot ne s'applique pas à la puissance apparente.

Il faut utiliser la relation :

Facteur de puissance.

Pour un dipôle linéaire en régime sinusoïdal :

k = cos j

A noter que : |k| £ 1

- dipôle résistif : k = cos 0 = 1

- bobine ou condensateur parfait : k = 0

Récepteurs triphasés équilibrés

2011-10-08T16:10:00.000+02:00

Récepteurs triphasés équilibrés

En monophasé, le récepteur est un dipôle. Une des bornes est reliée au neutre et l'autre à la phase :

En triphasé, le récepteur possède trois bornes (une par phase) et éventuellement une quatrième pour le neutre :

Les courants i1, i2 et i3 sont appelés courants de ligne.

Couplage étoile (Y) d'un récepteur triphasé.

Ø Définition : un récepteur triphasé est équilibré s'il est constitué de trois dipôles identiques.

Autrement, on parle de récepteur triphasé déséquilibré.

Ø Conséquence : dans un récepteur linéaire et équilibré, les courants de ligne forment un système de courants triphasés (mêmes valeurs efficaces I et déphasages de 120°).

Représentation de Fresnel.

La loi des nœuds indique que le courant de neutre est nul :

i_N(t) = i₁(t) + i₂(t) + i₃(t) = 0

En pratique : non linéarité, déséquilibre → i_N ¹ 0

Puissances.

Le récepteur triphasé est constitué de trois dipôles consommant les mêmes puissances :

Théorème de Boucherot :

P = P1 + P2 + P3 = 3VI cosj

Q = Q1+ Q2 + Q3 = 3VI sinj

S = 3VI

Couplage triangle (D ou Δ) d'un récepteur triphasé.

Pour ce couplage : pas de neutre.

Les courants j₁, j₂ et j₃ sont appelés courants de phase.

Si le récepteur est linéaire et équilibré, les courants de phase forment un système de courants triphasés, de valeurs efficaces J.

Relation entre I et J.

i1 = j1 - j3

i2 = j2 - j1

i3 = j3 - j2

Puissances.

P1= P2 = P3 = UJ cosj

Q1 = Q2 = Q3= UJ sinj

Puissances consommées par le récepteur triphasé :

P = 3UJ cosj

Q = 3UJ sinj

S = 3UJ

Puissances en régime triphasé équilibré.

Systèmes triphasés

2011-10-08T15:35:00.000+02:00

Systèmes triphasés

Monophasé (1~) et triphasé (3~).

Ø système monophasé.

o installation domestique.

Ø système triphasé.

o installation industrielle.

o production, transport et distribution de l’énergie électrique.

Système triphasé.

Définitions.

On appelle tensions [courants] triphasées, trois tensions [courants] sinusoïdales alternatives, de même fréquence, de même valeur efficace et régulièrement déphasées de 120°.

Les tensions vi sont appelées tensions entre phase et neutre (ou tensions simples).

Représentation temporelle.

V désigne la valeur efficace des tensions simples.

Représentation de Fresnel.

Tensions entre phases.

Les tensions u_ij sont appelées tensions entre phases (ou tensions composées).

On note U la valeur efficace des tensions entre phases.

Relation entre U et V.

Loi des branches :

u₁₂ = v₁ - v₂

u₂₃ = v₂ - v₃

u₃₁ = v₃ - v₁

Le disjoncteur différentiel

2011-10-08T15:03:00.000+02:00

Le disjoncteur différentiel

Dispositif de protection des personnes en schéma TT.

Le disjoncteur différentiel à courant résiduel est utilisé, en particulier, chez chaque abonné. Il a pour rôle d’assurer :

Ø La protection des circuits contre les surintensités dues aux surcharges ou aux courts circuits.

Ø La protection des personnes contre les contacts indirects (fuites de courant à la terre).

On distingue toutefois, différents types de différentiel.

Ø Le disjoncteur différentiel (Fig 1). Protection des personnes et des matériels.

Ø L’interrupteur différentiel (Fig 2), réalisant une surveillance du circuit et ne coupant celui ci qu’en cas de courant de fuite à la terre.

Ø Le relais différentiel (Fig 3). Il réalise la surveillance du circuit, il est réglable, il est associé à un dispositif de coupure (interrupteur ou disjoncteur). La mesure du courant de fuite à la terre peut être réalisée par un tore séparé (Fig 4).

Problème.

Si une installation monophasée ou triphasée, présente un défaut d’isolement, par exemple un récepteur dont la masse est reliée à la terre, le courant qui entre dans le récepteur I est différent du courant qui en ressort I-If. (If courant de fuite à la terre).

Si, du fait de la résistance de contact, le défaut n’est pas franc, les systèmes de protection contre les surintensités, les surtensions, les baisses de tension ne fonctionnent pas, il y a risque d’électrocution par contact indirect.

Principe de fonctionnement.

Le dispositif différentiel comporte un circuit magnétique en forme de tore sur lequel sont bobinés le ou les circuits des phases et du neutre.

En l’absence de fuite ou de courant résiduel de défaut, les flux produits par les bobines s’annulent, il ne se passe rien.

Si un défaut survient, le courant résiduel de défaut produit un déséquilibre des flux dans les bobines et un flux magnétique dans le tore apparaît.

La bobine de mesure est le siège d’une force électromotrice (fem) qui alimente un petit électro-aimant provoquant le déverrouillage du disjoncteur.

Disposition schématique.

Le système est analogue en triphasé mais comprend quatre bobines sur le tore (3 phases + neutre).

Seuil de réglage.

On appelle courant de seuil le courant de réglage du disjoncteur différentiel I_ΔN. Il existe une incertitude sur le courant de déclenchement :

On peut, dans certains cas, avoir des courants de fuite qui ne correspondent pas à un défaut sur la partie protégée. Pour éviter un déclenchement intempestif du DDR, il faut que le courant de fuite “normal” soit inférieur à I_D_N/2.

Temps de déclenchement.

Le temps de déclenchement du DDR est d’autant plus court que le courant de défaut est supérieur au courant de réglage. Il existe quatre classes de DDR en fonction de leur temps de fonctionnement (déclenchement + coupure).

D’autre part, pour des raisons de sélectivité, il peut être nécessaire de retarder un déclenchement. Il y a trois types de retard :

· Pas de retard.

· 50 ms de retard.

· 400 ms de retard.

Je sécurise mon installation électrique

2011-09-26T16:34:00.000+02:00

Je sécurise mon installation électrique

LE PARAFOUDRE.

Sécurise votre installation et protège des surtensions d’origine atmosphérique en les écoulant à la terre. Il est très précieux pour sauvegarder votre matériel informatique.

LE DISJONCTEUR DIFFÉRENTIEL.

Assure la protection des personnes et du circuit sur une ou plusieurs prises en cas de surcharge ou de court-circuit. Il est conseillé dans les salles de bain équipées d’un bal néo ou lors d’installations d’appareils électriques destinés à une piscine.

J’installe et j’équipe tableau électrique

2011-09-26T16:23:00.000+02:00

J’installe et j’équipe tableau électrique

1 Fixez le tableau au mur sans oublier de tenir compte de la longueur de vos câbles.

2 Positionnez le ou les interrupteur(s) différentiel(s), les disjoncteurs et les autres éléments modulaires sur le ou les rail(s) du tableau en respectant le repérage des différents circuits.

NB : Le tableau doit être fixé à 1 m du sol minimum et à 1,80 m du sol maximum. L’emplacement minimum réservé au tableau et au compteur ne doit pas être inférieur à 0,6 m en largeur.

3 Positionnez les 2 peignes phase et neutre sur les disjoncteurs.

4 Raccordez le neutre puis la phase venant du disjoncteur général sur l’interrupteur différentiel.

5 Raccordez la sortie du différentiel aux peignes de répartition, soit par un câble venant du bas de l’interrupteur différentiel, soit directement avec les peignes selon le modèle.

6 Reliez chaque phase et chaque neutre des différents circuits sur l’élément modulaire correspondant.

7 Reliez tous les fils de terre des différents circuits au bornier de terre.

8 Assurez-vous que le bornier est bien relié à la barrette de terre.

9 Fermez le tableau après avoir découpé les différents passages de câbles.

10 Repérez les différents départs.

Bon à savoir :

Après installation, coupez tous les disjoncteurs. Commencez par mettre le disjoncteur de branchement, puis l’interrupteur différentiel et enfin chaque disjoncteur l’un après l’autre pour identifier un éventuel dysfonctionnement.

Contrôle des installations à basse tension

2011-09-25T14:58:00.000+02:00

Contrôle des installations à basse tension

Ces contrôles doivent être effectués par un organisme de contrôle agréé.

Contrôle de conformité.

Toute installation à basse tension, même si elle est alimentée par le biais d’une installation privée, doit être soumise à un contrôle de conformité avant sa mise en service. Par ailleurs, après modification, renforcement du raccordement ou extension significative de l’installation (par ex. ajout d’un circuit), l’installation électrique doit être contrôlée.

Contrôles périodiques.

25 ans après le contrôle de conformité de l’installation électrique domestique, il faut effectuer le premier contrôle périodique (tous les 25 ans).

Symboles électrique

2011-09-25T00:12:00.002+02:00

Symboles électrique

Généralités.

Appareils électriques.

Canalisations.

Exemples :

Exemples:

Interrupteurs.

Prises de courant.

Appareils d’utilisation.

Différentiels

2011-09-24T23:36:00.002+02:00

Différentiels

Le dispositif de protection à courant différentiel résiduel détecte les courants de fuite s’écoulant vers la terre. Cet appareil offre donc une excellente protection contre les risques d’incendie et d’électrocution, ainsi que contre les consommations inutiles résultant de pertes de courant.

Un différentiel au moins doit être installé à l’origine de l’installation :

Ø sensibilité maximale de 300 mA (ΔI_n).

Ø adapté au disjoncteur de branchement et au moins égal à 40 A (I_n).

Ø contrainte thermique de min. 22,5 kA²s pour 3000 A.

Ø être de type A (sensible au courant continu pulsé).

Ø assurer la fonction de sectionnement.

Ø les bornes de raccordements doivent être scellables.

Des différentiels supplémentaires doivent être installés dans les cas suivants :

Ø salles d’eau, machine à laver, séchoir, lave-vaisselle : sensibilité maximale de 30 mA (ΔI_n).

Ø circuits de résistances de chauffage noyés dans le sol ou d’autres matériaux: sensibilité maximale de 100 mA (ΔI_n).

Ø lorsqu’ une prise est installée dans le volume 2 de la salle de bains: sensibilité 10 mA (ΔI_n).

Ø lorsque la résistance de la dispersion de la prise de terre est comprise entre 30 et 100 Ω.

Prise de terre

2011-09-24T23:21:00.000+02:00

Prise de terre

Généralités.

Le but de la prise de terre est d’écouler les courants de défaut vers la terre. En l’absence d’une prise de terre efficace, tout ou une partie du courant de défaut s’écoulera à travers la personne en contact avec l’appareil défectueux, ce qui peut être mortel. Lors de l’examen avant mise en service, l’organisme agréé mesure la résistance de dispersion de la prise ou de la boucle de terre. Cette résistance ne peut être supérieure à 30 Ω ou, moyennant des mesures complémentaires, supérieure à 100 Ω (voir point 4 «Différentiels»).

Dispositions.

A. Prise de terre ou boucle de terre.

B. Sectionneur de terre.

C. Eléments conducteurs étrangers (gaz, eau, chauffage central, ...).

D. Charpente métallique bâtiment.

E. Borne principale de terre.

F. Masse.

1. Conducteur de terre.

2. Conducteur principal de protection.

3. Conducteur de protection.

4. Liaison équipotentielle principale.

5. Liaison équipotentielle supplémentaire.

Piquet de terre.

Pour bâtiments existants.

Un ou plusieurs éléments conducteurs enfouis dans le sol et reliés entre eux, qui établissent une liaison électrique avec la terre.

Boucle de terre.

Pour toutes les nouvelles constructions dont une partie ou la totalité des fondations ont plus de 60 cm de profondeur, il y a lieu de prévoir à fond de fouille une boucle de terre constituée soit d’un conducteur plein en cuivre nu ou cuivre plombé, soit sept âmes câblées en cuivre semi-rigide, de 35 mm² de section ronde, sans soudure. Les extrémités de la boucle de terre doivent rester accessibles en permanence. Si cette boucle se compose de plusieurs conducteurs placés en série, les raccordements de chaque conducteur doivent être accessibles.

Conducteur de terre.

Le conducteur reliant la borne de terre principale à la prise de terre, le sectionneur de terre éventuel étant considéré comme faisant partie dudit conducteur de terre.

Conducteur de protection.

Le conducteur de protection doit être distribué dans l’ensemble de l’installation et aboutir à tous les appareils d’utilisation tels que prises, luminaires, appareils à poste fixe et autres, à l’exception des appareils électriques à très basse tension de sécurité (TBTS).

Liaison équipotentielle principale.

Pour prévenir le risque d’électrocution, il ne suffit pas d’effectuer une mise à la terre, de prévoir des différentiels ou d’installer un conducteur de protection. Les éléments conducteurs étrangers, susceptibles de propager un potentiel dangereux, doivent être reliés au réseau de mise à la terre. En l’absence d’une telle connexion, un défaut dans une canalisation ou dans un appareil peut faire apparaître une tension dangereuse entre les conduites d’eau et de gaz par exemple.

Chaque immeuble doit être doté d’une liaison équipotentielle principale qui relie la borne principale de terre avec les éléments conducteurs étrangers tels que conduites d’eau, de gaz, de chauffage central, etc.

Liaison équipotentielle supplémentaire.

Dans les salles de bains et salles de douches, tous les éléments conducteurs étrangers et toutes les masses tels que les canalisations de gaz, d’eau chaude et froide, de chauffage central, la baignoire, les prises, etc. doivent être reliés entre eux, ainsi qu’avec le conducteur de protection.

Installations électriques 4

2011-09-24T21:14:00.002+02:00

Installations électriques 4

L'INTERRUPTEUR UNIPOLAIRE.

Il dispose de deux bornes entre lesquelles il établit, ou non, un contact. Le fil de phase est relié à la borne marquée d'un P ou d'une pastille rouge. L'autre borne est reliée à la lampe par un fil noir prolongeant la phase. Le neutre est ininterrompu jusqu'à la lampe.

L'INTERRUPTEUR BIPOLAIRE.

Dans le cas de l'interrupteur bipolaire, phase comme neutre sont interrompus. Les positions respectives des fils bleus et bruns sont sans importance. Les bornes sont au nombre de 4, dont 2 marquées d'un P. Veillez à ce que le conducteur noir prolonge bien la phase.

L'INTERRUPTEUR DOUBLE.

C'est un interrupteur à deux commandes pouvant actionner deux lampes indépendamment. La phase est raccordée à la borne P d'une commande, elle-même reliée à la borne voisine. Les prolongements de cette phase commune aboutissent aux lampes, ainsi que les deux brins dérivés du neutre.

LE VA-ET-VIENT.

Ce système permet d'actionner indifféremment une lampe à partir de deux interrupteurs, situés par exemple en haut et en bas d'un escalier. Les interrupteurs sont chacun munis de 4 bornes. Les bornes similaires présentes sur les deux interrupteurs doivent être reliées entre elles.

UN LUSTRE.

Pour suspendre une lampe au plafond, vous aurez besoin pour ce faire d'une barrette de suspension (petite plaque en plastique percée de 3 trous). Tirez le fil de la lampe à travers le capot puis à travers 2 trous de la barrette.

LE BRANCHEMENT.

Raccordez les fils sortant du plafond à ceux de la lampe, à l'aide d'un domino. Les raccords seront ainsi isolés. Les fils doivent être bloqués en place à l'aide des vis. Pour conclure, glisser le capot sur le raccordement.

APPLIQUES ET PLAFONNIERS.

Une fois que les fils dépassent du mur ou du plafond, appliques et plafonniers sont prêts à être mis en place. Vissez les fils sur les contacts situés dans la douille.

LES LAMPES TL.

Tirez les fils d'alimentation à travers l'ouverture prévue dans le plafond. Vissez au plafond la plaquette de fixation. Connectez les fils comme il se doit sur le domino de la lampe: brun pour la phase, bleu pour le neutre, vert/jaune pour la terre. Placez le tube et le couvercle.

LES TENSIONS USUELLES.

La tension fournie par le réseau dans les maisons est de 220 V, mais l'usage de très basses tensions (12 V) s'impose, par mesure de sécurité, pour (entre autres) la sonnette d'entrée, l'ouverture de la porte, le portier de villa ou l'éclairage halogène.

La salle de bains.

LA LIAISON EQUIPOTENTIELLE.

Les éléments métalliques comme la baignoire, le bac de douche, les conduites d'eau, les radiateurs, le chauffe-eau et éventuellement les huisseries (si métalliques) doivent être reliés entre eux et à la terre. Cette liaison équipotentielle complémentaire est obligatoire.

LE DISJONCTEUR DIFFERENTIEL.

Un disjoncteur différentiel d'une sensibilité de 30 mA est obligatoire pour chaque pièce humide, ainsi que pour le lave-linge, le sèche-linge et le lave-vaisselle, qui doivent être protégés par le même. Vérifiez régulièrement son fonctionnement, en enclenchant le bouton de test, puis réarmez.

LES VOLUMES DE SECURITE.

La salle de bains est divisée en différentes zones ou 'volumes' définis autour de la baignoire: le volume enveloppe, le volume de protection et le volume extérieur. Les seules installations électriques autorisées dans les deux premiers doivent être alimentées en 12 volts.

LE VOLUME ENVELOPPE (VOLUME 1).

Dans le volume de la baignoire prolongé jusqu'à 2,25 m de hauteur (c'est le volume enveloppe), l'installation de lampes ou prises est interdite. Les seules exceptions admises sont les appareils alimentés en basse tension, ou les chauffe-eau électriques fixés au mur.

LES VOLUMES 2 ET 3.

En volume 2 (volume de protection), large de 60 cm et périphérique à la baignoire, l'installation de luminaires protégés mécaniquement est admise. Dans le reste de la salle de bains, il est possible d'installer des prises, interrupteurs ou appareils fixes, s'ils sont protégés contre les projections d'eau.

Conseils pour la sécurité.

COUPER LE COURANT.

Même si vous êtes habitué à effectuer vous-même des travaux d'électricité, ne négligez jamais de couper le courant au préalable, au moins le circuit sur lequel vous travaillez. N'hésitez pas, si nécessaire, à actionner le disjoncteur principal.

L'OUTILLAGE A MAIN/ELECTRIQUE.

Les dangers de l'électricité sont naturellement liés à la conduction. C'est pourquoi vous devrez limiter les risques en utilisant des outils à poignées isolées. N'utilisez en aucun cas des outils à poignée métallique non isolée ! N'utilisez que des outils électriques dotés d'une double isolation.

LES COUPE-CIRCUIT A FUSIBLE.

Si un fusible a fondu, ne tentez jamais de le remplacer par un fil de cuivre ou autre conducteur, mais jetez-le et remplacez-le impérativement par un autre fusible de même valeur.

LES EPISSURES.

Pour raccorder deux fils, ne recourez jamais aux épissures mais utilisez un domino: vous supprimerez ainsi les risques de défaut d'isolement, de faux contacts ou d'accident.

La nouvelle norme Nfc 15 100.

DIFFERENTIEL 30mA.

Tous les circuits de prises de courant et les circuits "salle de bain" doivent être protégés par un différentiel de 30mA. C'est la solution sécurité qui protège les personnes contre l'électrocution, grâce à un inter différentiel de 30mA (d'un calibre supérieur au contrat EDF). Chaque circuit est ensuite protégé de surcharge par un disjoncteur (schéma 1). Le disjoncteur différentiel, solution haute sécurité, protège contre les contacts directs ou indirects, des personnes et des circuits (voir schéma 2). Prenez un calibre supérieur au plus important calibre des divisionnaires.

PRISES DE COURANT 10/16A.

La nouvelle norme impose que tous les circuits soient équipés d'un conducteur de terre, y compris ceux alimentant les appareils dotés d'une double isolation et les circuits lumière. En outre, les prises doivent être équipées d'un éclips, qui ne s'ouvre que lors de l'introduction d'une fiche.

MOULURES ET PLINTHES.

Toutes les moulures et plinthes doivent avoir une protection continue sur tout le parcours, notamment aux angles, et aux endroits où sont branchés les appareillages. A cette fin utilisez des angles variables et des cadres spéciaux pour la pose d'appareillage.

PROTECTION CONTRE LA FOUDRE.

Les installations alimentées par des lignes aériennes et situées dans des régions où on entend le tonnerre plus de 25 jours par an, doivent être protégées par un parafoudre placé immédiatement après le disjoncteur de branchement si celui-ci est différentiel (500 mA et de type S). Le parafoudre doit être raccordé à la borne de terre du tableau électrique. La norme recommande pour certains appareils extrêmement sensibles aux surtensions (ordinateur, magnétoscope,...) d'intégrer au socle de prise 10A/16A un limiteur de surtension (parafoudre).

Installations électriques 3

2011-09-24T20:34:00.000+02:00

Installations électriques 3

Branchement des conducteurs.

METHODE A SUIVRE.

Pour des raisons d'esthétique, la gaine et les boîtes de dérivation sont généralement cachées dans les cloisons, sols ou plafonds, dans des saignées ouvertes à la masse ou à la meuleuse. Ces dernières seront ensuite rebouchées au ciment (veillez à ne pas en laisser entrer dans la gaine).

TRAJET DES GAINES.

Une fois dissimulées dans les cloisons, les gaines sont imperceptibles sous la peinture ou le papier peint. Percer deviendrait dangereux. C'est pourquoi il est recommandé de suivre un trajet bien particulier pour la pose des gaines (voyez le dessin), ou de faire un schéma ou de prendre une photo.

TUBES EXTERIEURS.

Les tubes placés contre une cloison doivent être fixés à l'aide de colliers distants de 30 cm si le tube est horizontal, de 45 cm s'il est vertical. Si vous utilisez une pièce coudée, placez un collier à 10 cm au maximum de chacune de ses extrémités (idem pour les boîtes, prises, interrupteurs).

LES CABLES SOUPLES.

Outre les conducteurs rigides, placés dans un tube, il existe des câbles souples groupant plusieurs conducteurs dans une enveloppe de plastique souple: VVB, VTLB, VTMB,... Ces câbles peuvent être placés dans ou contre une cloison, et sont idéaux pour une contre-cloison. Voyez 'trajet des gaines'.

LES PLINTHES.

Il existe encore des plinthes de plastique spéciales, nommées 'goulottes', prêtes à accueillir les câbles et dans lesquelles il est très facile de placer prises ou interrupteurs. Ces plinthes sont simplement collées ou vissées dans le mur. Elles offrent une solution rapide et esthétique.

Couper et dénuder les fils.

LE COUTEAU.

Vous devrez tout d'abord fendre longitudinalement la gaine souple qui rassemble les conducteurs, ou, dans le cas d'un conducteur méplat à deux brins parallèles, séparer les deux brins. Utilisez pour ce faire un couteau d'électricien ou un 'cutter'.

LA PINCE A DENUDER.

Le bec d'une pince à dénuder est muni d'une ouverture en 'V' très coupante et qui détache l'isolant protégeant l'âme du conducteur. Une vis de réglage permet d'adapter l'ouverture au diamètre du brin. La pince coupe et détache donc l'isolant sans endommager le conducteur.

DENUDER LES BRINS.

Une fois le tronçon d'isolant découpé, il peut glisser le long du fil de cuivre. Ne dénudez pas sur plus d'un centimètre, ce qui ne présente aucune difficulté si vous utilisez une pince à dénuder automatique: elles sont en effet préréglées à cette longueur.

LES BRINS.

Tordez fermement les filaments de cuivre, afin qu'ils ne forment qu'un câble bien compact que vous glisserez facilement dans la borne. Il peut également être nécessaire de les recourber à l'aide d'une pince à long bec, toujours pour faciliter leur introduction dans les contacts.

L'ISOLATION.

Un conducteur dont la gaine isolante est endommagée présente un danger. Vous devez le remplacer. Ceci peut se produire avec des conducteurs rigides sous tube comme avec des câbles souples. Dans ce dernier cas, réparez la gaine isolante avec du ruban adhésif spécial.

Les prises.

PRISES APPARENTES/A ENCASTRER.

Les circuits électriques, par l'intermédiaire des boîtes de dérivation et des interrupteurs, alimentent les prises. Celles-ci peuvent être apparentes et fixées contre le mur, ou encastrées. Dans ce cas vous devrez d'abord pratiquer des ouvertures dans le mur.

LE BRANCHEMENT.

Raccordez le fil de terre, jaune et vert, à la borne de terre signalée par le symbole habituel (trois traits horizontaux). Le fil de phase est relié à la borne marquée d'un 'P', le neutre à la borne restante.

FIXATION.

Sur les bords droit et gauche du cadre métallique de la prise se trouvent deux fixations destinées à le maintenir en place dans le boîtier. Si nécessaire, desserrez un peu ces fixations, remettez en place le contenu du boîtier puis vissez. Replacez ensuite le couvercle.

SECURITE ENFANTS.

Les enfants jouent avec les prises électriques. Choisissez des modèles équipés d'une sécurité enfants, dont les trous sont masqués par une plaque pivotante que vous devez tourner d'un demi tour pour avoir accès aux contacts, ou des modèles équipés d'un obturateur spécial appelé éclips.

LES DERIVATIONS.

Dans les constructions neuves, on utilise des boîtes de dérivation. Dans un bâtiment ancien, il est parfois difficile de retrouver une boîte. Le plus simple est de dériver l'alimentation d'une prise existante, si le circuit ne comporte pas plus de 8 prises, et si le câble a une section de 2,5 mm².

Installations électriques 2

2011-09-24T19:55:00.000+02:00

Installations électriques 2

Les coupe-circuits

CALCULS.

La tension requise pour l'alimentation des appareils ménagers est de 220 V. Si elle ne varie pas, la puissance demandée au circuit peut par contre aller de 60 watts, dans le cas d'une lampe, à plus de 2 kilowatts pour une machine à laver. La puissance maximale pouvant être délivrée par un circuit dépend de la valeur du coupe-circuit: 2200W (=220x10) pour 10A, etc. Pour les circuits demandant une faible puissance, un coupe-circuit de 10A suffit; pour les circuits de plus forte puissance, prévoyez des calibres plus importants.

ELEMENTS DE CALIBRAGE.

Le calibre attribué à la protection de chaque circuit doit être respecté, pour éviter tout risque de surcharge sans entrée en action du coupe-circuit. Ce dernier peut être repéré par un élément de calibrage; il peut aussi s'agir d'un disjoncteur modulaire à monter sur le rail.

LES FUSIBLES.

Dès que l'intensité maximale admissible pour un fusible donné est atteinte (elle est aussi signalée par des couleurs différentes), celui-ci fond et il doit alors être remplacé. Il est préférable de remplacer les anciens fusibles de 6, 10 et 15 A par des cartouches de 6, 10 et 16 A.

DISJONCTEUR AUTOMATIQUE.

Sur ce type de disjoncteur se trouve un levier ou un bouton qui se met en position 'hors service' en cas de surcharge ou de court-circuit. Pour rétablir le courant, il suffit de remettre le levier en position initiale. Supprimez d'abord la cause de la panne, ou débranchez l'appareil défectueux.

DISJONCTEUR DIFFERENTIEL.

Ce type de disjoncteur se monte avec l'armoire. Il coupe l'alimentation lorsqu'il détecte un courant d'intensité supérieure à 300 mA dans le circuit de mise à la terre. Il est prudent de placer également des disjoncteurs différentiels de 30 mA pour des pièces comme la salle de bains.

Le câblage.

LA PHASE ET LE NEUTRE.

Deux fils sont nécessaires à la circulation du courant: la phase ('aller') et le neutre ('retour'). Une différence de potentiel existe entre ces deux fils. Lorsqu'ils sont mis en contact (circuit ouvert par l'action de l'interrupteur), le courant électrique circule.

LA PRISE DE TERRE.

C'est une sécurité indispensable: en cas de contact accidentel d'une personne avec le courant électrique, celui-ci serait dévié, via la prise de terre, jusqu'à la borne de terre. Les appareils électriques situés dans une pièce humide ou utilisant de l'eau doivent donc être reliés à la terre.

LA PHASE.

Le fil de phase peut être brun ou noir. Il est brun dans le cas du conducteur rigide de l'installation fixe, mais souvent noir dans les câbles souples reliant une lampe à l'interrupteur.

LES COULEURS.

La sécurité est une priorité absolue dans le domaine de l'électricité. C'est pourquoi un code de couleurs standard est appliqué partout. Celui-ci ayant cependant été modifié en 1970, il est préférable d'en connaître les deux versions (voyez ci-dessous). Lorsque vous installez un circuit électrique, respectez donc toujours ces codes. Pour les luminaires, coupez le fil de phase au niveau de l'interrupteur et laissez courir le neutre sans interruption jusqu'à la lampe. Si vous inversez le câblage, la lampe sera toujours sous tension !

LES GAINES.

Les conducteurs reliant l'armoire de distribution aux points d'alimentation du circuit doivent être protégés. C'est pourquoi ils passent, à travers les murs, dans des tuyaux de PVC ou des gaines de plastique annelé flexible. Ils sont généralement groupés par 5 (soit 3 de 2,5 mm2 et 2 de 1,5mm2). COMBIEN DE CONDUCTEURS ET LESQUELS PEUVENT ETRE INSTALLES DANS LES TUBES EN PVC

LES COUDES.

Vous pouvez couder les tubes à l'aide d'un ressort à cintrer, mais il est bien plus facile d'utiliser des tronçons coudés spéciaux, aux extrémités desquelles vous glisserez les deux tronçons de tube. Pour placer les câbles dans les gaines longues, aidez-vous d'un tire-fils.

LE TIRE-FILS.

Les conducteurs de circuit (rigides) sont dénudés sur 10 cm puis fixés à l'extrémité du tire-fils. Les autres câbles (dénudés sur 4 cm) sont fixés au premier. Travaillez à deux, l'un poussant pendant que l'autre tire. Prévoyez toujours un léger excédent de câble de +/- 10 cm (en réserve).

LES DERIVATIONS.

Réalisez les dérivations à l'aide de boîtes de dérivation (apparentes ou encastrées; étanches pour les pièces humides). Elles sont pourvues d'empreintes concentriques de différents diamètres. Evidez l'ouverture convenant à la gaine de PVC. La boîte héberge les bornes de raccordement.

Installations électriques 1

2011-09-24T19:20:00.003+02:00

Installations électriques 1

Liste de matériel.

Principes de base.

INTENSITE D'UN COURANT.

L'intensité est la quantité d'électricité qui peut traverser un conducteur donné. A tension égale, un conducteur laisse passer d'autant plus d'électricité que son diamètre est important. L'intensité d'un courant s'exprime en ampères (A) ou en milliampères (mA).

TENSION.

La tension peut se comparer à la pression de l'eau. A une pression élevée, il est possible, dans le même laps de temps, de transporter une plus grande quantité d'eau. Une tension élevée permet donc de faire circuler davantage d'électricité. La tension est exprimée en volts (V).

RESISTANCE.

Pour transporter l'électricité, on utilise des matériaux de faible résistance (le cuivre par exemple).

La résistance d'un conducteur dépend de sa longueur, de son diamètre et de la nature du matériau qui le compose. Elle s'exprime en ohms (symbole: û).

PUISSANCE.

L'électricité est transformée en chaleur, en lumière ou en mouvement. Pourtant, toutes les lampes n'éclairent pas de la même façon et tous les moteurs n'ont pas la même puissance. Les appareils électriques sont donc tous munis d'une plaque indiquant leur puissance (unité de mesure: le watt (W).

CONSOMMATION.

La consommation découle de la puissance. Il vous suffit de multiplier la puissance (en watt ou kilowatt) par le temps réel de fonctionnement. L'unité de consommation est le kilowatt/heure (kWh) ou, en d'autres mots, une consommation d'1 kilowatt signifie 1000 watts durant une période d'une heure. Un petit convecteur de chaleur de 1500W qui fonctionne une heure sans interruption consomme 1500 watts/heure ou 1,5 kilowatt/heure (kWh). Une veilleuse de 17W doit brûler pendant 59 heures pour consommer 1 kWh. La consommation est enregistrée par le compteur électrique.

Mise à la terre.

CONSTRUCTION OU EXTENSION.

La mise à la terre (électrode de terre) dévie le courant dans le cas où quelqu'un serait en contact avec un appareil défectueux. Il est donc obligatoire de prévoir dans les fondations des murs extérieurs (profondeur: 60 cm min.) une boucle de terre (en cuivre) d'au moins 35 mm2 de section.

BARRETTE DE COUPURE.

Les bouts de la boucle en cuivre se fixent sur une borne de raccordement. La résistance du conducteur de terre ne peut excéder 100 ohms, sinon vous devrez utiliser des piquets galvanisés à enfoncer en terre. Une barrette de coupure (obligatoire!) permet de mesurer la résistance de la terre.

RENOVATION.

Dans ce cas, il suffit d'introduire dans le sol des piquets de terre galvanisés. Vous obtiendrez ainsi une résistance de dispersion de max. 100 ohms. Le raccord du piquet et de la barrette de coupure se fait à l'aide d'un conducteur de cuivre isolé (jaune-vert) d'au moins 16 mm2.

LIAISON EQUIPOTENTIELLE.

Même une mise à la terre correcte n'empêche pas le courant de traverser des éléments conducteurs étrangers à l'installation électrique: pièces métalliques de la structure de construction, châssis en alu, profilés en acier,.. C'est pour cela qu'on a recours à une liaison équipotentielle. Elle relie entre elles et à la terre toutes les parties conductrices accessibles de la construction et toutes les canalisations de gaz, d'eau et de chauffage. En outre, il existe des liaisons équipotentielles supplémentaires, entre autres à la salle de bains (voir rubrique à ce sujet).

Techniques de modélisation de la production éolienne

2011-09-21T20:33:00.001+02:00

Techniques de modélisation de la production éolienne

Loi de Weibull.

La vitesse du vent en un site donné est communément considérée comme une variable aléatoire suivant une loi de Weibull à 2 paramètres, dits paramètres d’échelle k et de forme λ :

La Figure 1 présente l’allure de ces courbes, pour quelques valeurs de λ et k. Pour un site offshore belge, les valeurs typiques des paramètres sont k=2, λ=10.

Figure 1 : Lois de Weibull (gauche) λ=10, k variant de 1 à 5 ; (droite) k=2, λ variant de 7 à 15.

Les lois de Weibull sont particulièrement utiles lorsqu’il s’agit de représenter statistiquement le caractère aléatoire de la vitesse du vent en un site donné, sans pour autant s’intéresser à l’évolution temporelle de cette vitesse. C’est le cas de l’étude d’impact que nous mènerons à l’aide du logiciel Scanner dans la troisième partie de ce rapport. La loi de Weibull peut facilement être combinée à la courbe de puissance d’un parc éolien afin d’estimer sa courbe de production annuelle. Nous introduisons donc ici cette courbe de puissance agrégée à l’échelle d’un parc.

Courbe de puissance multi-turbine.

Par rapport à une courbe de production classique, la courbe de production multi-turbine est rendue moins discontinue aux vitesses de démarrage et d’arrêt. On modélise ainsi le fait qu’au sein d’un même parc, les éoliennes ne s’arrêtent ni ne démarrent toutes en même temps. Cette courbe peut également être réalisée pour modéliser le fonctionnement d’un plus grand nombre d’éoliennes, par exemple à l’échelle d’une zone géographique entière, comme le fait la Figure 2.

Figure 2 : Modèle de courbe de puissance multi-turbine à l’échelle d’une zone.

Effet de l’agrégation géographique des productions éoliennes

2011-09-21T19:40:00.001+02:00

Effet de l’agrégation géographique des productions éoliennes.

Le choix d’échelle est un facteur déterminant pour la variabilité de la production éolienne. Ainsi, pour une large distribution de parcs éoliens à l’échelle régionale, les fluctuations locales à court terme ne sont pas corrélées et se compensent largement.

Plus le réseau est grand, plus grande est la production assurée (capacity credit) : « Wind always blow somewhere ». Inversement, le risque de tempête généralisée sur tout le réseau s’amenuise. Considérer un grand réseau gomme les irrégularités locales de production mais fait jouer un important rôle de régulateur au TSO, qui doit pouvoir faire face à des transits accrus sur ses lignes.

La Figure1 illustre ce phénomène : 60% de variation horaire maximale pour un parc isolé, seulement 20% pour toute l’Allemagne. D’autres sources avancent un maximum de variation horaire de 10% pour le système Nordel (Danemark, Norvège, Suède, Finlande).

Figure 1 : Effet de l'agrégation géographique sur les fluctuations horaires de la production éolienne.

On assiste donc à un effet de lissage des productions éoliennes lorsque la zone géographique considérée s’étend. Au niveau européen, cyclones et anticyclones ont tendance à se compenser. De même, on observe sur la Figure 2 un aplatissement de la courbe de production éolienne annuelle lorsque l’échelle géographique augmente : les conditions extrêmes (très peu de vent ou beaucoup de vent) se produisent moins souvent à grande échelle. Sur la Figure 2, la courbe bleue représente les productions de toute une série de parcs éoliens onshore et offshore situés en Europe comme en Afrique du nord.

L’énergie éolienne

2011-09-21T18:56:00.001+02:00

L’énergie éolienne

Introduction.

Dans le contexte actuel de renchérissement des matières premières fossiles, de lutte contre le changement climatique et d’abandon programmé de l’énergie nucléaire, l’énergie éolienne connaît actuellement au monde un essor fulgurant, principalement en Allemagne, en Espagne, en Grande-Bretagne et au Danemark. Cet engouement pour l’éolien s’explique aussi bien par le caractère gratuit et infiniment renouvelable du vent que par l’impact quasi nul sur les émissions de gaz à effet de serre et l’alternative viable aux sources de production actuelles.

Depuis 25 ans, les éoliennes ont considérablement évolué. L’énergie productible sur un site donné a été plus que décuplée et le coût du kWh a été divisé par deux. Les principales caractéristiques des éoliennes actuelles sont reprises ci-dessous, ainsi que l’impact favorable de ces améliorations sur la gestion des parcs éoliens au sein du réseau électrique.

Caractéristiques générales.

La Figure 1 montre les principaux éléments constituant une éolienne, principalement le système de transmission d’énergie (rotor, alternateur) et différents régulateurs.

Figure 1 : Schéma fonctionnel d'une éolienne.

Une éolienne est définie par sa puissance nominale, puissance maximale productible. Bien entendu, elle ne la produit que dans des conditions optimales de vent. Une caractéristique essentielle de l’éolienne est donc sa courbe de puissance caractérisant la production en fonction de la vitesse du vent. Une telle courbe est représentée ci-dessous, pour une éolienne General Electric de 3,6 MW. D’autres données sont citées au Tableau 1 pour cette même turbine, notamment les vitesses de démarrage et d’arrêt de l’éolienne (cut-in and cut-out wind speeds). La vitesse de démarrage ne requiert pas d’explication particulière ; la vitesse d’arrêt, quant à elle, correspond à la vitesse au-delà de laquelle les éléments mécaniques et électriques de l’éolienne sont soumis à des contraintes trop importantes. Par sécurité la turbine est automatiquement stoppée. Cela ne se produit que dans le cas de tempête (vent de 100 km/h dans le cas de la Figure 2).

Figure 2 : Courbe de puissance (ou courbe caractéristique puissance-vent) d'une éolienne 3.6 MW.

Tableau 1 : Données techniques d’une éolienne 3.6 MW.

Améliorations technologiques.

Les éoliennes construites actuellement sont de plus en plus contrôlables :

Ø L’usage de convertisseurs permet le découplage entre la fréquence réseau (50Hz) et la vitesse de rotation du rotor.

Ø Un système de contrôle actif des pales (active blade pitch control) permet un contrôle important de la puissance aérodynamique de l’éolienne.

Ces deux points permettent une meilleure absorption des fluctuations de vent par l’éolienne, notamment en atténuant l’impact des rafales de vent. Actuellement, l’EWEA estime que 60% des éoliennes installées dans le monde possèdent ces propriétés de contrôle. La plupart ont une vitesse de rotation qui peut varier de plus ou moins 40% autour de la vitesse de synchronisme.

Contribution des parcs éoliens à la stabilité du réseau Ces améliorations technologiques et l’impact croissant de l’énergie éolienne sur les réseaux conduisent les différents acteurs du secteur à modifier fondamentalement leur conception de la production éolienne. Alors que les éoliennes étaient auparavant vues comme des unités dont la production électrique était fatale (non modulable), les grands parcs éoliens actuels sont de plus en plus considérés comme des unités de production à part entière. A ce titre, ils doivent fournir une série de services auxiliaires à la fourniture de puissance électrique :

Ø Contrôle des puissances actives et réactives. Cela inclut la limitation de la puissance produite en cas de congestion sur le réseau (congestion management).

Ø Procédures de démarrage et arrêt coordonnés des turbines afin de limiter les gradients de puissance produite. Autre solution développée par Enercon : les turbines peuvent diminuer graduellement leur production entre 25 et 35 m/s.

Ø Exigence de Fault ride through : le parc reste connecté au réseau même en cas de problème important (chute de 15% de la tension). Il contribue ainsi au maintien de la tension sur le réseau.

Ø Participation à la réduction des pertes électriques dues à des power flows sur longue distance. Par exemple, la dispersion géographique des parcs peut conduire, par vent fort, à des pertes électriques doublées sur le réseau allemand. L’objectif est ainsi de générer une production minimisant les longs parcours inutiles. Le même principe est applicable à la puissance réactive.

Ø Réserve de contrôle de la fréquence.

Ø Participation à la réserve tournante. Cela suppose un contrôle actif de la puissance produite.

Variabilité de la production éolienne.

L’énergie éolienne fluctue principalement sous l’effet des conditions météorologiques. Ces fluctuations prennent place à toutes les échelles de temps : seconde, minute, heure, jour, mois, saison, année. Il est donc crucial de connaître l’impact de ces différentes échelles sur le réseau.

Variabilité à court terme.

La variabilité à court terme affecte la programmation (scheduling) des unités de production classiques, la puissance d’équilibre et la détermination des réserves nécessaires. Elle est déterminée avant tout par la météo et la dispersion géographique des parcs.

Les modèles de prévision sont de plus en plus fins et les variations horaires, ainsi qu’à 4 et 12h peuvent être assez bien prédites pour assurer une reprogrammation (rescheduling) des unités de production classiques.

De manière générale, l’impact sur le réseau des variations à court terme dépend avant tout du mix de génération (le parc est-il suffisamment flexible ?) et de la capacité de transmission à longue distance (possibilité d’égaliser à grande échelle les variations locales).

Il est à noter que la variabilité diminue avec l’extension géographique du réseau. Ainsi, la variation est considérée comme minime :

Ø durant quelques secondes pour une grande éolienne

Ø durant quelques dizaines de secondes pour un parc éolien

Ø durant max 10 minutes pour une série de parcs bien dispersés.

A l’échelle de la minute.

Les variations ne sont pas ressenties par un système électrique à l’échelle régionale.

A l’échelle de l’heure.

Ces variations sont bien plus significatives ; cependant elles s’amenuisent avec la dispersion géographique et restent en général limitées à 5% de la capacité installée, à l’échelle d’un pays comme l’Irlande. Au niveau d’un réseau comme celui d’EON, ces fluctuations sont importantes, comme le montre la Figure 3.

Figure 3 : Fluctuations ponctuelles importantes de la production éolienne dans le réseau EON en 2003.

Les plus grandes variations horaires se produisent lors du passage d’une tempête : les turbines sont arrêtées et passent de leur puissance nominale à zéro en quelques minutes. Cela est valable dans le cas de zones géographiquement réduites (un parc offshore isolé) ; pour des zones plus étendues, cet arrêt peut prendre plusieurs heures. Par exemple : 6h pour une baisse de 2 GW à 200 MW sur une zone de 200 km², au Danemark le 08-01-05.

A l’échelle de plusieurs heures.

Ces variations peuvent être prédites avec des outils avancés (de type météo, modèles physiques ou statistiques). Pour les opérateurs, le problème n’est pas la variation de la production mais l’incertitude de la prédiction. Les cas les plus extrêmes se produisent pour une tempête dont on ne sait quelle part de la production elle arrêtera.

A l’échelle de la journée.

Il existe enfin une variation diurne de l’intensité du vent. De façon générale, le vent en Europe commence à souffler le matin et se calme dans la soirée. En Europe du Nord, cette tendance est plus prononcée en hiver, comme le montre la Figure 4

Figure 4 : Evolution diurne de la production éolienne au Danemark.

Variabilité à long terme.

La variabilité à long terme affecte le planning stratégique de production à long terme. Elle est principalement déterminée par les variations saisonnières et annuelles et la croissance du marché de l’énergie éolienne. Ce dernier point est actuellement le principal facteur de variabilité dans certains pays – Allemagne, Danemark,

Espagne – vu le taux de croissance du marché.

A l’échelle mensuelle et saisonnière.

Le taux d’utilisation (capacity factor) d’un parc éolien varie en fonction de la saison. Pour l’Europe du Nord, ce facteur est plus élevé en hiver qu’en été, à cause des vents plus forts en cette saison. La Figure 5 illustre ce phénomène et indique également le taux d’utilisation annuel moyen du parc allemand : 20%. L’évolution attendue d’ici à 2015 est essentiellement due à l’amélioration des technologies et à la plus grande proportion d’éolien offshore dans le mix de production.

Figure 5 : Taux d’utilisation mensuels du parc éolien allemand en 2003 et 2015.

La Figure 6 présente les fréquences de production saisonnières pour les pays nordiques (Finlande, Danemark, Norvège, Suède). On constate bien que les mois d’hiver sont plus venteux que les mois d’été. La forme caractéristique de ces fréquences de production est souvent approchée par une loi de Weibull à deux paramètres (échelle et forme).

Figure 6 : Fréquence saisonnière de production éolienne dans les pays nordiques (gauche), en Finlande (droite) en 2000-2001.

A l’échelle de l’année.

Résultat intéressant : la variation pluriannuelle de la vitesse moyenne du vent sur un site donné tend à être pareille dans toute l’Europe (mais aussi USA, Australie et Japon) : elle peut être caractérisée par une loi normale centrée sur la vitesse moyenne (à très long terme) et de 6% d’écart-type.

Internet

2011-09-18T23:05:00.000+02:00

Internet

Introduction.

Internet est un réseau informatique mondial de type WAN, constitué par une interconnexion de réseaux différents, accessibles aux professionnels comme aux particuliers et permettant d'échanger des informations en toute liberté.

Aujourd’hui, Internet permet à tout individu d’accéder à une multitude de données se présentant sous divers formats : textes, bases de données, images, vidéos, etc. Il offre de nombreux services aux professionnels comme aux particuliers : acheter des marchandises en Asie, consulter les catalogues de constructeurs automobiles, passer des commandes, etc.

Accès à Internet.

Pour accéder au réseau Internet, l’utilisateur doit bien sûr posséder :

Ø Un micro-ordinateur possédant au moins 4 Mo de RAM et 5 Mo sur son disque dur et équipé d'un système d'exploitation comme Windows.

Ø Un logiciel de navigation qui permet de parcourir les sites du réseau (Netscape ou Internet explorer).

Ø Un Modem permettant de transmettre et de recevoir textes, images et sons via les lignes téléphoniques ou des lignes spécialisées comme l’ADSL.

Le réseau Internet contenant une foule d’informations en tout genre, il est parfois difficile de trouver celle que l’on recherche au moment opportun. C’est pourquoi on utilise des moteurs de recherche comme Google permettant de lancer une recherche par un mot ou une expression sur tous les sites Internet recensés par ce système, et de retrouver ainsi l’information désirée par l’utilisateur.

Réseau Local

2011-09-18T22:51:00.001+02:00

Réseau Local

GENERALITES.

Au fil des dernières décennies, l’ordinateur a connu des progrès et des développements matériel et logiciel qui l'on rendu utilisable partout (bureaux d’entreprises, ateliers de production, etc.).

Cette omniprésence des ordinateurs a fait naître le besoin de communication entre eux, pour faciliter l'accès à l'information voulue au moment et à l'endroit voulu, avec un gain estimable en efficacité de travail. Les réseaux informatiques permettent ainsi l'interconnexion physique et logique entre les ordinateurs pour permettre la communication entre eux.

DEFINITIONS.

Un réseau d’ordinateurs est un groupe de machines autonomes interconnectées et situés dans un certain domaine géographique. Un tel réseau doit disposer :

Ø De ressources à partager sous forme de données ou de machines (fichiers, imprimantes, etc.).

Ø D’une voie de transmission des données (câbles électriques, ondes, fibres optiques, etc.).

Ø D’un ensemble de règles gouvernant la façon de communiquer à l'intérieur du réseau. On appelle "Protocoles" cet ensemble de règles.

LES TYPES DE RESEAUX.

On distingue différents types de réseaux selon leur taille, leur vitesse de transfert des données ainsi que leur étendue géographique. On fait généralement trois catégories de réseaux :

Ø Le réseau local (LAN : Local Area Network) : C’est un groupe de machines et périphériques de communication interconnectés sur une zone géographique limitée (locale) comme un Bâtiment (entreprise, usine, centre de formation, etc.).

Ø Le réseau métropolitain (MAN : Metropolitan Area Network) : C’est un réseau qui utilise des lignes téléphoniques, physiques ou hertziennes, pour relier des réseaux locaux à l’échelle d’une ville (grandes entreprises, universités, etc.).

Ø Le réseau étendu (WAN : Wide Area Network) : C’est un réseau de réseaux (inter-réseau) à l’échelle d’un pays, voire la planète (très grandes entreprises, multinationales, etc.). L'Internet est un exemple de réseau WAN.

LES MODELES DE RESEAUX.

Définitions.

Dans un réseau local, on appelle :

Ø Serveur: tout ordinateur qui peut mettre ces ressources physiques (disque dur, imprimante, ….) et logicielles (applications, logiciels, …) à la disposition des autres ordinateurs du réseau.

Ø Station de travail : tout ordinateur relié au réseau (client) et capable d'utiliser sans limitation ces ressources locales et avec permission les ressources réseaux offertes par les serveurs.

Un modèle de réseau renseigne sur la relation entre les ordinateurs du réseau et l'organisation de la communication au sein de ce réseau. On distingue 2 modèles dans l’architecture des réseaux :

Ø Modèle "Egal à Egal" ou "Poste à Poste" (Peer to Peer).

Ø Modèle Client/serveur.

A chaque modèle de réseau correspond un système d'exploitation optimisé pour les tâches requises par le modèle de réseau :

Ø Windows 98, Windows Millenium sont des systèmes d'exploitation pour des réseaux égal à égal.

Ø Windows NT4 Server et Windows 2000 Server sont des systèmes pour les réseaux Client/Serveur.

Modèle Poste à Poste.

Dans le modèle Poste à Poste, les ordinateurs opèrent en égaux c'est-à-dire, tour ordinateur peut se comporter aussi bien comme un serveur pour les autres ordinateurs que comme une station de travail.

Avantage :

Ø un coût réduit (les coûts engendrés par un tel réseau sont le matériel, les câbles et la maintenance).

Ø une simplicité à toute épreuve.

Inconvénients.

Ø ce système n'est pas du tout centralisé, ce qui le rend très difficile à administrer.

Ø la sécurité est très peu présente.

Modèle Client/Serveur.

Dans un modèle Client/Serveur, les ordinateurs du réseau sont répartis en 2 catégories :

Ø Un Serveur ou des Serveurs qui ont pour unique fonction de rendre des services aux autres ordinateurs du réseau.

Ø Des Clients ou "stations de travail" qui, pour une tâche donnée émettent des requêtes de services vers un serveur, qui répond à leurs requêtes.

Pour cela, un serveur doit être fonctionnellement puissant et doit disposer :

Ø De plus de mémoire vive.

Ø De plus d’espace disque.

Ø D’un processeur plus puissant et plus rapide, voire plusieurs processeurs.

Ce modèle est conseillé pour un réseau professionnel avec des données sensibles nécessitant une meilleure sécurité et une gestion centralisée des ressources.

LES TOPOLOGIES DE RESEAUX.

Un réseau local est constitué d'ordinateurs reliés entre eux grâce à du matériel (câblage, cartes réseau), ainsi que d'autres équipements permettant d'assurer la bonne circulation des données. L'arrangement physique de ces éléments s'appelle "Topologie".

Topologie en Bus.

C'est l'organisation la plus simple d'un réseau. En effet tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne de transmission (Bus) par l'intermédiaire de câble, généralement coaxial. La connexion poste - câble constitue un nœud et un message est émis à partir de n'importe quel poste et dans les deux sens.

Topologie en Anneau.

Cette topologie équivaut fonctionnellement à un Bus dont le câble se referme sur lui même. Les ordinateurs du réseau communiquent chacun à leur tour, on a donc une boucle d'ordinateurs sur laquelle chacun va "avoir la parole" successivement. Cette topologie a l’inconvénient suivant :

Si le câble présente un défaut, le réseau ne fonctionne plus. Cette topologie est beaucoup moins utilisée car elle est très chère.

Topologie en Etoile.

Dans cette topologie, chaque machine est reliée par un câble différent à un nœud central appelé "Hub" ou "Concentrateur". Le Hub contient un certain nombre de ports sur lesquels sont branchées les machines du réseau. Il propage les signaux arrivant sur chacun de ses ports vers tous les autres ports. Ainsi les signaux émis par chaque ordinateur atteignent tous les autres ordinateurs.

Cette topologie offre plus de tolérance de panne, car une coupure dans un câble n’affecte que l’ordinateur qui est branché dessus et non pas le reste du réseau.

Liaison Parallèle et Liaison Série

2011-09-18T21:52:00.001+02:00

Liaison Parallèle et Liaison Série

INTRODUCTION.

A l'intérieur, l'unité de traitement d'un système automatisé (logique, câblée, microcontrôleur, API, etc.) communique les informations naturellement en parallèle sous un format de 8 bits ou plus. Mais, quand il s'agit de communiquer avec le milieu extérieur, l'unité de traitement communique soit en parallèle, soit en série suivant le type de périphérique avec lequel elle communique. Pour simplifier, on peut dire que l'unité de traitement, en particulier l'API communique :

Ø En parallèle avec les actionneurs via les pré-actionneurs ;

Ø En série avec les périphériques de dialogue tel un ordinateur de type PC pour la programmation, la supervision, etc.

PRINCIPE.

Exemple 1 : Imprimante parallèle et imprimante série.

Un texte est un ensemble de caractères ; chaque caractère est codé par un nombre de 8 bits (code ASCII).

Ø Avec une imprimante parallèle, le PC envoie le texte caractère par caractère, mais en parallèle, c'est à dire 8 bits / 8bits.

Ø Avec une imprimante série, le PC envoie le texte caractère par caractère, mais en série, c'est à dire chaque caractère est transmis bit / bit.

On en déduit que l'imprimante parallèle est 8 fois plus rapide que l'imprimante série.

Exemple 2: Souris d'ordinateur.

La souris code sa position sur l'écran avec un nombre important, disons codé sur 8 bits pour simplifier. La liaison entre la souris et le PC doit donc comporter au moins 8 fils, ce qui n'est pas pratique.

En pratique, la souris communique avec le PC en série, donc avec 2 fils au plus.

LIAISON PARALLELE.

Un API est à base de microcontrôleur ; il traite les données qu'il acquiert des entrées TOR en parallèle et communique les ordres aux sorties TOR en parallèle :

L'API actualise ou rafraîchit l'état des sorties TOR simultanément, c'est à dire en même temps. Dans l'exemple de la figure ci-dessus, il s'agit d'un API avec 8E/8S TOR. L'API commande alors les 8 actionneurs branchées à ses sorties TOR en même temps, à la fin de chaque cycle automate.

LIAISON SERIE.

Lorsque la distance devient grande, la liaison parallèle devient techniquement difficile à réaliser à cause de la longueur du câblage et des parasites de transmission ; on utilise alors la liaison série.

Dans le contexte d'un API, on a les cas suivants :

Ø Généralement, un API est programmé avec un PC ; le mode de communication dans cette situation est le mode série.

Ø Dans les systèmes automatisés complexe, l'API communique dans le mode série pour échanger des informations avec d'autres API ou avec un PC pour le contrôle et la supervision.