Cours electricite batiment : reparation des installations electriques

Cours électricité bâtiment :réparation des installations électriques

REGLEMENTS, NORMES ET LABELS

A une époque où l’information est diffusée en masse dans les secteurs les plus variés, le consommateur devient plus exigeant. Mieux informés, ceux qui s’intéressent de près ou de loin à la construction ne sont plus les néophytes et considèrent l’acte de bâtir comme une affaire sérieuse, bien loin de bricolage. La connaissance artisanale fait place à une connaissance normalisée et réglementée.

1.1. Règlements

Les installations électriques doivent respecter les règlements administratifs en vigueur pour le pays concerné. A défaut de tels il est obligatoire d’adopter ceux des pays qui sont les plus proches dans les exigences.

Pour le Royaume du Maroc les exigences applicables sont données en général par les Règles Techniques concernant l’exécution et l’entretien des installations électriques de Ière catégorie (Annexe à l’arrêté N° 350-67 du 15 juillet 1967 du

Ministère des Travaux Publiques et des Communications).

Pour la France les installations électriques doivent respecter les règlements administratifs parmi lesquels :

-          Décret du 14 novembre 1988 relatif à la protection des travailleurs dans les établissements qui mettent en œuvre des courants électriques ;

-          Arrêté interministériel du 22 octobre 1969 (J.O. du 30 novembre 1969) relatifà la conformité aux normes des installations électriques des bâtiments d’habitation ;

-          Décret du 14 décembre 1972 relatif au contrôle et à l’attestation deconformité des installations électriques intérieures aux règlements et normes de sécurité en vigueur (J.O. du 20 novembre 1972) ;

-          Décret du 12 juin 1973 et arrêté du 22 juin 1973 relatifs à l’équipement entélécommunication des immeubles de logements collectifs (J.O. du 15 juin

1973) ;

-          Décret du 31 octobre 1973 et arrêté du 23 mars 1965 relatifs au règlementde sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les établissements recevant du public, notamment ceux de 5e catégorie ;

-          Décret du 15 novembre 1967 et arrêté du 18 octobre 1977 concernant laconstruction des immeubles de grande hauteur et la protection contre les risques d’incendie et de panique.

1.2. Normes et labels

Les règlements font référence aux normes en vigueur. A défaut de normes marocaines, on utilise les règles et normes publiées par l’Union Technique de l’Electricité (UTE) en France.

Les installations électriques devront être conformes aux homologues marocains des normes NF C 15 -100 et NF C 90 –120. La norme NF C 15 –100 parue en mars

1990, homologuée le 13 mai 1991, est obligatoire depuis cette date pour les logements neufs. Elle définit :

-          les règles d’emploi des matériels,

-          les règles de mise en œuvre des canalisations,

-          les  règles  d’application  des  moyens  de  protection  contre  les  chocs électriques,

-          les prescriptions de contrôle et d’entretien.

Lorsqu’un matériel utilisé dans une installation électrique fait l’objet d’une ou plusieurs normes, il doit être conforme aux normes en vigueur. La conformité aux normes est attestée par un certificat de conformité fourni par le constructeur (ou le fabricant) ou par l’attribution d’une « marque de conformité » (le macaron « NM » figurant sur les matériels de fabrication marocaine, « NF » pour les matériels de fabrication française et le dernier temps « CE » pour tous les matériels produits dans les pays de la Communauté Européenne).

Fig.1-1

Les organismes de normalisation à noter sont :

-          Au Maroc :

1. Conseil Supérieur Interministériel de la Qualité et de la Productivité- sous la tutelle du Premier Ministre ou son représentant : il étudie toute question relative à la normalisation
2. SNIMA (Service de Normalisation Industrielle Marocaine) auprès du Ministère chargé de l’Industrie : il s’occupe à coordonner les activités des

Comités Techniques de normalisation

1. Comités Techniques de Normalisation regroupant les représentants de l’administration, des fabricants, des utilisateurs, des laboratoires, des instituts de recherches, dirigés par un Département ministériel concerné par la normalisation pour le secteur industriel: ils réalisent toute étude technique concernant la normalisation et élaborent les projets de normes .

-          En France :

1. AFNOR : Association Française de Normalisation, créée en 1926, elle centralise et coordonne tous les travaux d’études concernant la normalisation. C’est une association privée, déclarée d’utilité publique.
2. UTE : Union Technique d’Electricité ; c’est l’organisme qui est chargé par l’AFNOR de l’élaboration des normes relatives à l’électrotechnique.

-          En Europe

CENELEC : Comité Européen de Normalisation en Electrotechnique ; il a pour rôle d’harmoniser les normes des pays européens (France, Allemagne,

Angleterre, etc.)

-          Dans le monde

1. ISO : Organisation Internationale de Normalisation (International Standard

Organisation)

1. CEI (Commission Electrotechnique Internationale) ou IEC (International

Electrotechnical Commission) ; cet organisme dépend de ISO dont l’AFNOR est le membre.

1.3. Contrôle

Afin d’assurer la sécurité des personnes et des biens contre les dangers d’origine électrique résultant d’installations défectueuses, les pouvoirs publics certifient les organismes, chargés du contrôle et de l’attestation de la conformité des installations électriques intérieures aux règlements et aux normes de sécurité en vigueur.

La vérification est nécessaire pour s’assurer :

-          que l’isolement est bon, les protections efficaces ;

-          que les règles et les prescriptions sont respectées ;

-          que les travaux sont correctement exécutés.

ONE ne mettra l’installation électrique sous tension qu’à condition d’être en possession du certificat de conformité délivré par un organisme certifié.

Ensuite il faut exécuter une vérification périodique sous la responsabilité de l’usager pour contrôler :

-          la valeur des isolements ;

-          l’état des matériels et des connexions ;

-          la continuité de l’efficacité des protections et du respect de la réglementation.

Les vérifications doivent être effectuées après chaque extension ou modification puis tous les 1, 3 ou 10 ans suivant la rigueur des influences externes.

Les installations exécutées par un non professionnel ou un nouvel installateur sont vérifiées systématiquement.

1. COMPOSANTS DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES

2.1. Sources d’alimentation

Une installation électrique est constituée par un ensemble de circuits de toutes tensions et natures de courant et par un ensemble de matériels électriques associés en vue de l’utilisation de l’énergie électrique.

On peut déterminer deux types principaux de sources d’alimentation :

-          réseau de distribution ;

-          sources autonomes.

2.1.1. Réseau de distribution

L’alimentation en énergie électrique (fig.2-1) se fait le dernier temps surtout en courant alternatif. Les trois grands étapes sont essentiellement : la production, le transport et la distribution.

La production comprend l’ensemble des usines électriques produisant le courant électrique. Les générateurs sont des alternateurs triphasés qui donnent la puissance la plus élevée relativement à leur masse et à leurs dimensions. La puissance actuelle est égale à 900 et 1300 MVA (mégavoltampère).

Le courant alternatif sinusoïdal de fréquence 50 Hz se prête aisément à la transformation des tensions : élévation au départ de la ligne et abaissement à l’arrivée. La fréquence de 50 Hz est retenue pour la plupart des pays en Europe et en Afrique alors que les Etats-Unis d’Amérique ont adopté la fréquence de 60 Hz.

On peut, en première analyse, dire qu’il s’agit d’un compromis entre la puissance massique des machines électriques et les pertes dans les lignes électriques. La puissance est supérieure en 60 Hz, les pertes, par contre, sont inférieures en 50 Hz.

Le transport est effectué par artères ou grandes lignes acheminant l’énergie électrique en haute tension. Ces artères sont interconnectées entre elles au niveau national et souvent international. Ces lignes « très haute tension » de 225 kV, 380 kV pouvant atteindre 750 kV sont des lignes aériennes sur pylônes en câbles d’aluminium avec une âme d’acier. Les échanges par câbles sous-marins entre la France et la Grande-Bretagne sont assurés en courant continu.

Grâce à de puissants convertisseurs statiques à semi-conducteurs le courant triphasé est transformé en courant continu 400 kV au départ, puis il est reconverti en courant triphasé à son arrivée. Les pertes dues à ce transport sont plus faibles en courant continu : seule la résistance ohmique provoque des pertes par effet Joule. Par contre, en courant alternatif, l’impédance (somme géométrique de la résistance, de l’inductance et de la capacité) provoque des pertes plus importantes.

La distribution commence à partir des sous-stations et des postes de transformation avec l’aide des lignes basse tension jusqu’aux abonnés. L’ONE a le monopole de la production, mais non à la distribution qui est accordée aux différentes sociétés (par exemple, LYDEC).

Le poste de transformation constitue le dernier maillon de la chaîne de distribution et concerne tous les usagers du courant électrique. Il assure la distribution du courant électrique en basse tension aux collectivités, quartiers d’immeubles, villages ruraux ou industries et entreprises. Son fonctionnement statique n’exige que très peu d’intervention et il est même parfois ignoré de ses utilisateurs.

Il doit cependant répondre à des exigences précises :

-          livrer à un abonné un courant électrique adapté à ses besoins en tension et en intensité avec le maximum de fiabilité;

-          protéger les installations, le réseau basse tension et le transformateur lui-même en cas de décharges atmosphériques, de défauts dans les lignes ou dans les récepteurs;

-          protéger le personnel à tous les niveaux (de l’arrivée jusqu’aux récepteurs);

-          permettre l’accès du technicien responsable et la manœuvre des différents équipements d’interruption, de protection, de contrôle, de surveillance et d’entretien.

Réseau de production, de transport et de distribution de l’énergie électrique

Fig.2-1

2.1.2. Sources autonomes

1. Groupe électrogène

Les groupes autonomes de production de courant électrique ou groupes électrogènes sont construits par association d’un moteur thermique (moteur à essence ou moteur diesel à gazole) et d’un générateur de courant électrique continu ou alternatif (fig.2-2).

Les groupes électrogènes de courant alternatif monophasé ou triphasé ont des puissances variant de 1 kW à plusieurs milliers de kW. Comme dans le cas des transformateurs, leur puissance s’exprime plus précisément en kVA : la puissance apparente prend en compte le réseau récepteur.

Fig.2-2

Les groupes électrogènes peuvent être fixes ou mobiles :

-          Groupes électrogènes fixes

Groupe électrogène fixe

Fig.2-3.

Ces groupes électrogènes sont employés dans les centrales électriques autonomes (non reliées à un réseau) de plusieurs milliers de kVA et dans les stations de secours (hôpitaux, collectivités) de plusieurs centaines de kVA. (fig.2-3).

-          Groupes électrogènes mobiles

Ces groupes électrogènes sont employés dans les locomotives et loco-tracteurs dits diesel-électriques de plusieurs milliers de kW (dans ce cas le ou les générateurs débitent le plus souvent du courant continu), dans les chantiers industriels ou les usages artisanaux (quelques dizaines de kVA) et pour un usage individuel (quelques kVA) (fig.2-4).

Groupe électrogène mobile

Fig.2-4

Les générateurs de courant alternatif délivrent des tensions normalisées 220 V ou

380 V à la fréquence 50 Hz. Les groupes électrogènes débitent un courant monophasé ou triphasé.

Pour quelques applications, en particulier la recharge des batteries d’accumulateurs, il existe des groupes à courant continu 12 ou 24 V.

Piles

Une pile classique est constituée par deux électrodes, l’une en charbon de cornue aggloméré en masse poreuse, l’autre en zinc amalgamé au mercure et un électrolyte aqueux (fig.2-5). Ce type de pile est dit sèche car une substance immobilise l’électrolyte.

Pile classique

Fig.2-5

L’électrolyte utilisé est une solution de sel d’ammonium (d’où le nom de pile saline). Le remplacement de la solution saline par une solution alcaline a permis d’accroître la capacité, d’adopter de nouveau couple d’électrodes et d’augmenter la tension (couples oxyde de cuivre – zinc, argent – zinc, oxyde mercurique – zinc), d’augmenter le rendement de décharge et de réduire l’encombrement.

Des études ont été réalisées sur le fonctionnement à température variable. A l’approche du point de congélation d’un électrolyte (-30°C), un élément de pile normal ne débite presque plus.

De nouveaux générateurs d’énergie à anode de lithium sont apparus avec des f.é.m. par élément de 1,5 à 3 V. Le lithium offre la plus forte densité d’énergie théorique qui soit et le plus haut potentiel de tous les éléments.

Accumulateurs

Les accumulateurs au plomb sont les plus répandus : ils sont lourds, assez fragiles et contiennent un liquide corrosif (fig.2-6).

Accumulateur au plomb

Fig.2-6

Accumulateur alcalin

1 – Connexions positives; 2 – Couvercle; 3 – Bossage central (pôle positif); 4 – Dispositif de sécurité; 5 – Plaque positive; 6 – Séparateur; 7 – Plaque négative; 8 – Bac en acier nickelé; 9 – Connexions négatives

Fig.2-7

On réalise des accumulateurs alcalins dont les électrodes sont des plaques de fer et de nickel plongeant dans une solution de soude. Il existe d’autres accumulateurs alcalins à électrodes : nickel – zinc, nickel – cadmium, zinc – bronze (fig.2-7).

2.2. Charges

2.2.1. Moteurs

1. Moteurs à courant continu

Principe. Les conducteurs actifs qui constituent le rotor ou l’induit du moteur àcourant continu sont soumis, lorsqu’un courant continu les parcourt, à un ensemble de forces électromagnétiques dont la loi de Laplace exprime la valeur. L’ensemble des forces qui s’exercent sur chaque conducteur actif crée un couple moteur qui assure la rotation de l’induit).

Différents types de moteurs. Les moteurs sont classés en fonction de la nature deleur excitation :

-          moteur à excitation séparée (excitation indépendante du courant d’induit) (fig.2-8a)

-          moteur à excitation en dérivation (shunt) (fig.2-8b)

-          moteur à excitation série (excitation assurée totalement par le courant d’induit) (fig.2-8c)

-          moteur à excitation composée (excitation dépendant en partie du courant d’induit) (fig.2-8d).

Fig. 2-8

Démarrage. A l’instant du décollage, mise sous tension du moteur, l’expression :

E’ = U – R_a I_a

Dans laquelle E’ = 0 (moteur à l’arrêt) montre que le courant prend une valeur très grande dépendant uniquement des grandeurs U et R_a.

I_d ≈ I_a = U / R_a

avec : I_d – le courant de démarrage (en toute rigueur I_d est égal à la somme des courants induit et inducteur); U – la tension continue d’alimentation; R_a – la résistance d’induit (de l’ordre de quelques 1/10 d’ohms).

La limitation du courant de démarrage est obtenue :

-          soit par une diminution de la tension d’alimentation;

-          soit par une augmentation de la résistance de circuit de l’induit.

Inversion du sens de rotation. Le sens du couple électromagnétique dépend dusigne du courant induit et du signe du champ inducteur. Deux solutions sont possibles, inverser le branchement induit ou inverser les inducteurs.

Les risques consécutifs à la surtension créée par les enroulements inducteurs au moment de leur coupure font que seule la première solution est retenue pour assurer l’inversion de marche.

1. Moteurs asynchrones triphasés

Principe. Le moteur asynchrone ou moteur à induction est un transformateur àchamp tournant : le stator en est le primaire, il est alimenté par le réseau d’énergie; le rotor en court-circuit et libre de tourner constitue le secondaire (fig.2-9).

Vue générale d’un moteur asynchrone triphasé

Fig.2-9

La plaque signalétique précise le régime nominal du moteur. Elle indique :

-          la valeur nominale U_n des tensions statoriques (prises entre deux bornes de phase) : on lit souvent deux tensions (par exemple, 220 / 380 V), dans ce cas, la première des deux tensions est toujours la valeur nominale des tensions appliquées sur chacune des phases statoriques;

-          la valeur nominale I_n des courants dans les fils de phase ainsi que le facteur de puissance cos ϕ.

-          la valeur nominale de la fréquence de rotation (par exemple, n = 1425 tr/min)

et de la puissance utile (c’est-à-dire de la puissance mécanique; par exemple

P_u = 5 kW).

Fonctionnement. Les courants triphasés alimentant le stator donnent naissance àun champ tournant qui induit des courants dans les conducteurs du rotor. L’action du champ sur les courants rotoriques génère des forces électromagnétiques qui font tourner le rotor (voir Module 13 « Installation et branchement des commandes semi-automatiques des moteurs asynchrones »)..

Démarrage. Mise à part le démarrage direct, les différents procédés de démarrageont pour objectif fondamental de limiter l’intensité absorbée tout en maintenant les performances mécaniques de l’ensemble « moteur – machine entraînée » conformes au cahier des charges.

Dans le cas du moteur asynchrone cette limitation de courant est obtenue par :

-          une réduction de la tension d’alimentation, le courant est proportionnel à la tension (démarrage par couplage étoile-triangle, élimination de résistances statoriques, auto-transformateur);

-          une augmentation de la résistance rotorique (démarrage par élimination de résistances rotoriques, moteurs à cages multiples).

L’inconvénient du premier procédé consiste en réduction du couple moteur au démarrage étant donné qu’il est proportionnel au carré de la tension.

Moteurs à courant alternatif monophasé

Les moteurs monophasés désignés sous le nom de moteurs fractionnaires ont une puissance utile inférieure au kilowatt. Ils sont utilisés pour des applications à faible puissance : électroménager (machines à laver, aspirateurs…), accessoires de toilette (rasoir électrique, séchoir…), outillage portatif (perceuse, scie…).

2.2.2. Eléments chauffants

Les besoins du logement en énergie sont les quantités de chaleur à fournir à tout instant afin de maintenir le confort thermique désiré. Une installation de chauffage doit donc assurer les fonctions suivantes : produire la chaleur ; émettre la chaleur à l’endroit désiré ; ajuster la chaleur émise aux besoins (voir Module 12 « Installation et branchement des appareils de chauffage électrique »).

2.2.3. Lampes d’éclairage

Une source lumineuse produit un rayonnement visible appelé « lumière ». Le rayonnement est défini comme émission ou le transfert d’énergie sous forme d’ondes électromagnétiques (théorie électromagnétique) ou de particules (théorie quantique) (voir Module 9 « Installation et branchement des luminaires et leurs commandes »).

La lumière est définie comme toute radiation capable de provoquer directement une sensation visuelle. Les ondes visibles n’occupent qu’une très faible partie du spectre de rayonnement électromagnétique (fig. 2-10).

Dans le tableau ci-dessous on trouve les principales sources lumineuses utilisées pour l’habitat et dans un grand nombre de locaux industriels avec leurs caractéristiques les plus importantes.

SOMMAIRE       

Présentation du Module..............          7

RESUME THEORIQUE .............. 8

1.  REGLEMENTS, NORMES ET LABELS ..................          9

1.1.        Règlements ..............   9

1.2.        Normes et labels .................     10

1.3.        Contrôle..................     12

2.  COMPOSANTS DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES................               13

2.1.        Sources d’alimentation .....................   13

2.1.1.     Réseau de distribution ..................        13

2.1.2.     Sources autonomes......................         15

2.2.        Charges..................       20

2.2.1.     Moteurs...............         20

2.2.2.     Eléments chauffants .....................        24

2.2.3.     Lampes d’éclairage.......................         24

2.2.4.     Transformateurs ..............         27

2.3.   Appareillage d’ouverture et de fermeture ...................    27

2.3.1.     Interrupteur ......................       27

2.3.2.     Contacteur .......................        27

2.3.3.     Prises de courant.............          28

2.4.        Moyens de protection ....................... 28

2.4.1.     Coupe-circuit....................         29

2.4.2.     Disjoncteur.......................         29

2.4.3.     Relais de protection ......................        30

2.5.        Appareillage de réglage ...................    31

2.5.1.     Variateur ..........................        31

2.6.   Instruments et appareillage de contrôle et de mesure.............     32

2.7.   Conducteurs et leurs interconnexions ...........       34

2.7.1.     Conducteurs ....................         34

2.7.2.     Conduits ..........................         34

3.  UTILISATION DES PLANS ET DES MANUELS TECHNIQUES..... 34

3.1.   Plan d’une installation électrique ...................       34

3.2.   Lecture des plans d’une installation électrique...........       34

3.3.        Notes techniques.................    37

3.3.1.  Emplacement des canalisations et des appareillages électriques ....         37

3.3.2.     Salle d’eau .......................         37

4.  IDENTIFICATION DES DIFFERENTES ETAPES DE VERIFICATION ET       

D’ENTRETIEN DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES...........              40

4.1.   Principe de la maintenance ..............         40

4.2.        Détection des problèmes..................   41

4.2.1.     Indice d’une coupure ....................       41

4.2.2.     Constatation d’un court-circuit ...................      42

4.2.3.  Détection d’une mise à la terre ..................         42

4.2.4.     Détection d’un mélange ................       43

4.3.        Localisation des défauts...................     44

4.3.1.  Localisation des défauts des câbles ..........            44

4.3.2.  Localisation d’une mise à la terre ..............           45

4.3.3.     Localisation d’une coupure        46

4.4.        Repérage électrique      47

4.4.1.     Repérage des conducteurs d’une installation courte     49

4.4.2.     Repérage des conducteurs d’une installation très longue           50

5.            PROCEDURE DE DEPANNAGE DES INSTALLATIONS ELECTRIQUES             52

5.1.        Méthode de diagnostic                52

5.2.        Exemples de diagnostic               54

GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES             56

TP1 – Prendre connaissance des Directives, des Plans et des Manuels 57

Techniques        57

TP 2 – Analyser l’état réel de l’équipement        61

TP3 – Montage d’une installation électrique      63

TP4 – Décrire la procédure de dépannage d’une installation électrique               65

EVALUATION DE FIN DE MODULE           68

Liste des références bibliographiques   70