Electricite de batiment livre complet sur l’installation electrique
Electricité de bâtiment livre complet sur l’installation électrique
Méthodologie
A - Règles générales de conception d'une installation électrique
B – Raccordement au réseau de distribution publique MT
C - Raccordement au réseau de distribution publique BT
D - Bien choisir une architecture de distribution électrique
E - La distribution BT
F - La protection contre les chocs électriques
G - La protection des circuits
H - L’appareillage BT : fonctions et choix
Pour une meilleure compréhension de la méthodologie de conception d'une installation électrique, il est recommandé de lire tous les chapitres de ce guide dans l'ordre dans lequel ils sont présentés.
Bilan de puissance
Pour étudier une installation, la connaissance de la réglementation est un préalable. Le mode de fonctionnement des récepteurs (régime normal, démarrage, simultanéité, etc.), et la localisation, sur le plan du ou des bâtiments, des puissances utilisées permettent de réaliser un bilan des puissances installées et utilisées et, ainsi, d'en déduire la puissance et le nombre des sources nécessaires au fonctionnement de l'installation.
Des informations concernant la structure tarifaire sont aussi nécessaires pour faire le meilleur choix du raccordement de l'installation au réseau au niveau de la moyenne tension ou de la basse tension.
Branchement
Le raccordement peut se faire sur un réseau :
b Moyenne Tension
Un poste de livraison MT/BT sera alors nécessaire et devra être étudié, réalisé et installé en intérieur ou en extérieur, conformément à la réglementation (la partie distribution Basse Tension pouvant, si nécessaire, être étudiée séparément). Le comptage peut être effectué en moyenne tension ou en basse tension.
b Basse Tension
L'installation peut être raccordée au réseau local. Le comptage est (nécessairement) effectué en tarification basse tension.
Architecture de la distribution électrique
Le réseau de distribution est alors étudié dans son ensemble.
Un guide de sélection est proposé pour déterminer l'architecture la mieux adaptée.
Tous les niveaux de la distribution générale MT/BT et de la distribution de puissance BT sont couverts.
Le schéma des liaisons à la terre, ou régime de neutre, est choisi en fonction de la législation en vigueur, des contraintes liées à l'exploitation du réseau et à la nature des récepteurs.
Les matériels de distribution, tableaux et canalisations, sont déterminés à partir du plan des bâtiments, de la localisation des récepteurs et de leur regroupement.
La nature des locaux et de l'activité conditionne leur niveau de résistance aux influences externes.
Protection des personnes contre les chocs électriques
Le schéma des liaisons à la terre ayant été déterminé précédemment, il reste, pour réaliser la protection contre les contacts directs et indirects, à mettre en œuvre le schéma retenu (TT, IT ou TN).
Circuits et appareillage
L'étude détaillée des circuits est alors réalisée. La section des conducteurs des circuits est déterminée :
b à partir du courant nominal des charges, de la valeur du courant de court-circuit et du type de dispositif de protection,
b en prenant en compte le mode de pose et de son influence sur le courant admissible des conducteurs.
Avant de valider le choix de la section des conducteurs comme indiqué ci-dessus, les prescriptions suivantes doivent être satisfaites :
b la chute de tension dans les conducteurs est conforme aux normes en vigueur,
b le démarrage des moteurs s'effectue correctement,
b la protection contre les chocs électriques est assurée.
Le courant de court-circuit est alors déterminé et la vérification de la tenue thermique et électrodynamique des canalisations est à réaliser.
Ces différents calculs peuvent entraîner une révision des choix faits précédemment. Les fonctions que doit remplir l'appareillage permettent de définir son type et ses caractéristiques.
La filiation entre disjoncteurs et la sélectivité entre disjoncteurs et disjoncteurs/ dispositifs de protection par fusibles sont analysées.
1 Méthodologie
J – La protection contre les surtensions en BT
K – Efficacité énergétique de la distribution électrique
L - Compensation de l’énergie réactive et filtrage des harmoniques
M - Détection et atténuation des harmoniques
N - Les alimentations et récepteurs particuliers
P - Les installations photovoltaïques
Q - La norme NF C 15-00 dans l’habitat
R - Recommandations pour l’amélioration de la CEM
Protection contre les surtensions
Le coup de foudre direct ou indirect peut avoir des conséquences destructrices sur les installations électriques à plusieurs kilomètres du point d'impact. Les surtensions de manœuvres, les surtensions transitoires ou à fréquence industrielle peuvent aussi engendrer les mêmes conséquences. Les effets sont examinés et des solutions sont proposées.
Efficacité énergétique en distribution électrique
La mise en œuvre d'un système de mesures, de contrôle et de commande communiquant adapté à l'installation électrique peut générer d'importants profits tant pour l'exploitant que le propriétaire : consommation de puissance réduite, coût de l'énergie réduit, meilleure utilisation des équipements électriques.
Energie réactive
La compensation de l’énergie réactive des installations électriques est réalisée localement, globalement ou en utilisant une combinaison de ces deux méthodes.
Harmoniques
Les harmoniques circulant dans les réseaux détériorent la qualité de l'énergie, et sont ainsi à l'origine de nombreuses nuisances, telles que surcharges diverses, vibration et vieillissement des matériels, perturbation des récepteurs sensibles, des réseaux de communication ou des lignes téléphoniques. Ce chapitre traite des origines et des effets des harmoniques. Il explique comment les mesurer et propose des solutions.
Alimentations et récepteurs particuliers
Dans ce chapitre sont étudiés des équipements ou des réseaux particuliers : b Sources d'alimentation spécifiques telles que alternateurs ou alimentations statiques
b Récepteurs ayant des caractéristiques spéciales tels que moteur asynchrone, circuit d'éclairage ou transformateur BT/BT
b Réseaux spécifiques tels que réseau à courant continu.
Une énergie écologique et économique
Pour un usage privé ou pour être commercialisée, l’exploitation de l’énergie renouvelable fournie par le soleil est soumise au respect de règles spécifiques d’installation.
La distribution électrique pour le domestique
Certains locaux et emplacements font l'objet de réglementations particulièrement strictes : l'exemple le plus notable est le logement.
CEM : Compatibilité Électromagnétique
Quelques règles de base doivent être appliquées pour assurer la Compatibilité Électromagnétique. La non observation de ces règles peut avoir de graves conséquences lors de l'exploitation de l'installation électrique : perturbation des systèmes de communication, déclenchement intempestif des dispositifs de protection voire même destruction d'équipements sensibles.
Le complément au guide de l’installation électrique
Logiciel Ecodial
Le logiciel Ecodial propose une suite complète pour le calcul d'une installation électrique suivant les recommandations des normes CEI.
Ce logiciel permet de réaliser les opérations suivantes :
b Tracer le schéma unifilaire.
b Calculer des courants de court-circuit.
b Calculer des chutes de tensions.
b Déterminer et optimiser les sections de câbles.
b Définir les calibres appropriés des disjoncteurs et des appareillages de protection à fusibles.
b Organiser la sélectivité des dispositifs de protection.
b Disposer des recommandations d'utilisation des schémas de filiation.
b Vérifier la protection des personnes.
b Imprimer toutes les caractéristiques précédemment calculées.
A - Règles générales de conception d'une installation électrique
Règles et textes réglementaires
Les installations électriques BT sont soumises à un ensemble de textes qui peuvent être classés en 4 catégories :
b Les textes réglementaires (décrets, arrêtés ou circulaires d'application, notes techniques, fiches techniques, avis),
b les cahiers des charges ou recommandations,
b les normes d'installation et les guides pratiques associés,
b les normes produits.
Définition des plages de tensions
Tensions normalisées et recommandations CEI
Réseaux triphasés à trois ou quatre fils Tension nominale (V) | Réseaux monophasés à trois fils Tension nominale (V) 60 Hz | |
50 Hz | 60 Hz | |
– | 120/208 | 120/240 |
– | 240 | – |
230/400(1) | 277/480 | – |
400/690(1) | 480 | – |
– | 347/600 | – |
1000 | 600 | – |
(1) La tension nominale des réseaux existants à 220/380 V et à 240/415 V doit évoluer vers la valeur recommandée 230/400 V. Il convient que la période de transition soit la plus brève possible. Au cours de cette période, comme première étape, il
est recommandé que les distributeurs d'électricité des pays ayant des réseaux à 220/380 V ramènent la tension dans la plage 230/400 V +6 %, –10 % et ceux des pays ayant des réseaux à 240/415 V ramènent la tension dans la plage 230/400 V +10 %,
–6 %. A la fin de cette période de transition, il convient que la tolérance de 230/400 V
± 10 % soit atteinte; après cela la réduction de cette plage sera prise en considération. Toutes ces considérations s'appliquent aussi à la valeur actuelle 380/600 V par rapport à la valeur recommandée 400/690 V.
Fig. A1 : Tensions normalisées entre 100 V et 1000 V (CEI 60038 Édition 6.2 2002-07)
Série I | Série II | |||
Tension la plus élevée pour le matériel (kV) | Tension nominale du réseau (kV) voltage (kV) | Tension la plus élevée pour le matériel (kV) | Tension nominale du réseau (kV) | |
3.6(1) | 3.3(1) | 3(1) | 4.40(1) | 4.16(1) |
7.2(1) | 6.6(1) | 6(1) | – | – |
12 | 11 | 10 | – | – |
– | – | – | 13.2(2) | 12.47(2) |
– | – | – | 13.97(2) | 13.2(2) |
– | – | – | 14.52(1) | 13.8(1) |
(17.5) | – | (15) | – | – |
24 | 22 | 20 | – | – |
– | – | – | 26.4(2) | 24.94(2) |
36(3) | 33(3) | – | – | – |
– | – | – | 36.5 | 34.5 |
40.5(3) | – | 35(3) | – | – |
Ces réseaux sont en général des réseaux à trois fils, sauf indication contraire. Les valeurs indiquées désignent la tension entre phases.
Les valeurs indiquées entre parenthèses doivent être considérées comme non préférentielles. Il est recommandé de ne pas utiliser ces valeurs pour les nouveaux réseaux à établir à l'avenir.
Note 1: Il est recommandé que, dans un même pays, le rapport entre deux tensions nominales successives ne soit pas inférieur à deux.
Note 2: Dans un réseau normal de série I, la tension la plus élevée et la tension la plus basse ne diffèrent pas de plus de ±10 % approximativement de la tension nominale du réseau. Dans un réseau normal de la série II, la tension la plus élevée ne diffère pas de plus de +5 % et la tension la plus basse ne diffère pas de plus de –10 % de la tension nominale du réseau.
(1) Ces valeurs ne devraient pas être utilisées pour les réseaux de distribution publique.
(2) Ces réseaux sont en général à quatre fils.
(3) L'unification de ces valeurs est à l'étude.
Fig. A2 : Tensions normalisées au dessus de 1 kV et ne dépassant pas 35 kV (CEI 60038 Édition 6.2 2002-07)
Les niveaux de tension sont définis par les normes NF C 15-100 ET NF C 13-200.
Tension alternative y 50 V | Domaine de tenson TBT | Autre appellation courante | Valeurs usuelles en France (tension d'utilisation) 12 -24 -48 V |
y 500 V | BTA | BT (basse tension) | 230 - 380 - 400 V |
y 1000 V | BTB | ||
1 < U y 50 kV | HTA | MT (moyenne tension) | 5.5 - 6.6 - 10 - 15 - 20 - 36 kV |
U > 50 kV | HTB | HT (haute tension) THT (très haute tension) | 63 - 90 - 150 kV 225 - 400 kV |
Réglementations
Dans la plupart des pays, les installations électriques doivent répondre à un ensemble de réglementations nationales ou établies par des organismes privés agréés. Il est essentiel de prendre en considération ces contraintes locales avant de démarrer la conception de l'installation.
Normes
Ce guide est basé sur les normes CEI appropriées en particulier les normes d'installation CEI 60364 (série). Les normes CEI 60364 (série), CEI 60479-1 (série) et NF C 15-100 ont été établies par des experts en médecine et en ingénierie de renommée internationale et issus du monde entier, faisant part de leur expérience. Actuellement, les principes de sécurité développés dans ces normes sont les principes fondamentaux de la plupart des normes électriques dans le monde (voir le tableau ci-dessous et en page suivante).
Qualité et sécurité d'une installation électrique
Dans la mesure où les procédures de contrôle sont respectées, la qualité et la sécurité de l'installation électrique sont assurées durant l'exploitation seulement si : b le contrôle initial de conformité aux normes et aux textes règlementaires de l'installation électrique a bien été réalisé,
b les équipements électriques sont conformes à leur norme produit,
b le contrôle périodique de l'installation électrique recommandé par le constructeur des équipements est respecté.
Vérification initiale d'une installation
Avant qu'un distributeur ne connecte une installation à son réseau de distribution, il exige que soient réalisés de manière satisfaisante et exécutés par une autorité compétente ou par un organisme agréé :
b des essais d'avant mise en service,
b une inspection visuelle très minutieuse.
Ces essais sont réalisés selon les réglementations locales (gouvernementales et/ou institutionnelles) qui peuvent varier d'un pays à l'autre. Cependant les principes de ces réglementations sont identiques et sont basés sur le strict respect des règles de sécurité dans la conception et la réalisation de l'installation.
Pour ces essais, la norme CEI 60364-6-61 et les normes correspondantes décrites dans ce guide sont basées sur un consensus international afin de couvrir toutes les mesures de sécurité et les bonnes pratiques d'installation qui sont normalement exigées pour les bâtiments à usage d'habitation, commerciaux et (pour la majorité des bâtiments) industriels. Cependant beaucoup d'industries ont des réglementations supplémentaires spécifiques en fonction du type de production (pétrole, charbon, gaz naturel, etc.). De telles prescriptions supplémentaires sont en dehors de l'objet de ce guide.
Les essais électriques d'avant mise en service et les vérifications par inspection visuelle des installations électriques à l'intérieur de bâtiment incluent typiquement toutes les actions suivantes :
b tests d'isolement entre phases et entre phases et terre de tous les conducteurs câbles et de la filerie d'une installation fixe,
b essais de continuité et de conductivité des conducteurs de protection (PE), des liaisons équipotentielles et des mises à la terre,
b mesure de la résistance de terre,
b vérification des interverrouillages, si existants,
b vérification des sections de tous les conducteurs,
v en adéquation avec les niveaux de courants de court-circuit présumés,
v en tenant compte des dispositifs de protection associés, de la nature des conducteurs (cuivre, aluminium) et des conditions d'installation (en aérien, en conduit, etc.),
b vérification que toutes les masses et tous les éléments conducteurs sont correctement mis à la terre (si approprié),
b vérification des périmètres de sécurité, en particulier pour les salles de bain, etc.
Ces essais et vérifications sont basiques (mais non exhaustifs) pour la plupart des installations. Cependant de nombreux autres essais et règles peuvent être inclus dans la réglementation locale pour couvrir des cas particuliers, par exemple installation en schéma TN, TT ou IT, installation basée sur la double isolation (matériel de classe II), circuit TBT et emplacements spéciaux.
Le but de ce guide est d'attirer l'attention sur les caractéristiques particulières des différents types d'installation et d'indiquer les règles essentielles pour obtenir un niveau de qualité satisfaisant qui assurera une performance opérationnelle de l'installation, sécuritaire et sans dysfonctionnements. Les méthodes recommandées dans ce guide, à modifier éventuellement pour répondre à une variante possible imposée par un distributeur d'énergie, sont prévues pour satisfaire toutes les exigences d'essai et d'inspection d'avant mise en service.
A - Règles générales de conception d'une installation électrique
La première mise sous tension de toute installation électrique intérieure de tension y 63 kV est subordonnée à la remise d’une attestation de conformité visée par leConsuel, sauf certaines exceptions pour des ouvrages particuliers.
Attestation de conformité - 1re mise sous tension d'une installation
En application des décrets du 14 décembre 1972 et du 6 mars 2001 concernant : b La première mise sous tension de toute installation électrique intérieure nouvelle de tension inférieure ou égale à 63 kV (1), subordonnée à la remise d'une attestation de conformité visée par le Consuel (Comité National pour la Sécurité des Usagers de l'Electricité).
b Toute nouvelle installation électrique entièrement rénovée alimentée sous une tension inférieure à 63 kV, dès lors qu’il y a eu mise hors tension de l’installation par le distributeur à la demande de son client afin de permettre de procéder à cette rénovation.
b Sur demande du maître d’ouvrage, aux installations électriques non entièrement rénovées ou dont la rénovation n’a pas donné lieu à mise hors tension par un distributeur d’électricité.
Pour cela il faut procéder comme indiqué ci-après.
Locaux d'habitation
b Vingt jours avant la mise sous tension, l'installateur doit établir (par écrit et sous sa responsabilité) une attestation de conformité par appartement ou maison individuelle (formule délivrée par le Consuel).
En cas de pluralité d'installateurs, chacun établit l'attestation pour ce qui le concerne.
b Le contrôle sur le chantier, réalisé par le contrôleur désigné par le Consuel, peut s'exercer pendant ou à l'achèvement des travaux.
Ce contrôle fait l'objet d'un rapport soumis en fin de visite à la signature de l'installateur ou de son représentant.
Si l'installation est conforme, l'installateur reçoit 2 exemplaires de l'attestation avec le visa du Consuel (l'un est remis à l'usager pour qu'il puisse obtenir la mise sous tension de l'installation par le distributeur d'énergie, l'autre conservé par l'installateur).
Si l'installation n'est pas conforme, le visa est refusé et l'installateur doit faire parvenir au Consuel une déclaration écrite mentionnant la nature des modifications effectuées. Après quoi, le Consuel peut viser l'attestation ou procéder à un nouveau contrôle.
La NF C 15-100 de 2002, dans sa partie 7-771, introduit de nombreuses nouveautés.
Schneider Electric les prend en compte dans ses guides et catalogues relatifs au locaux d'habitation.
Etablissements ou locaux employant des travailleurs, recevant du public et immeubles de grande hauteur
b Comme ces établissements font l'objet d'une réglementation particulière, il appartient au chef d'établissement de désigner le vérificateur de son choix pour effectuer les contrôles exigés par la loi avant la mise en service.
Le vérificateur établit un rapport qu'il remet à l'installateur.
b Vingt jours avant la mise sous tension, l'installateur doit établir, à l'attention de la Direction Régionale du Consuel, un dossier qui comporte :
v une attestation de conformité de l'installation ou partie d'installation intérieure réalisée dans ce type d'établissement,
v le rapport que le vérificateur a établi,
v un schéma de l'installation.
Au reçu de ces pièces, le Consuel vise et retourne l'attestation ou, dans le cas de non conformités relevées, intervient auprès de l'installateur ou du vérificateur.
Note : les vérifications effectuées lors de la mise en service des installations ou après modification de structure sont pratiquées par une personne ou un organisme agréé, choisi par le chef d'établissement. Les conditions pour que d'autres personnes puissent effectuer ces vérifications ne sont que rarement réunies.
(1) Certains types d'installation ne sont pas soumis au contrôle du Consuel :
b Ouvrages de production, de transport et de distribution de l'énergie électrique
b Éclairage public, signalisation routière
b Terrains de camping, port de plaisance, téléskis
b Mines, carrières, centrales à béton
b Maisons mobiles, bateaux à quai
b Installations n'ayant pas un caractère permanent (fêtes foraines, chantiers de construction).
Vérification périodique d'une installation électrique
Dans beaucoup de pays, toutes les installations électriques de bâtiments industriels et commerciaux ainsi que celles des établissements recevant du public doivent être testées périodiquement par des organismes agréés ou des personnes qualifiées.
La Figure A3 indique les périodicités des vérifications généralement prescrites suivant le type d'installation.
Type d'installation | Périodicité des vérifications | |
Installation dans un établissement recevant des travailleurs | b Emplacements pour lesquels existe un risque de dégradation, d'incendie ou d'explosion b Installations ou ateliers temporaires b Emplacements avec des installations MT b Enceintes conductrices exiguës où des appareils mobiles sont utilisés | Annuelle |
Autres cas | Tous les 3 ans | |
Installation dans un Selon le type d'établissement et sa établissement recevant du capacité à recevoir du public public pour lequel une protection contre les risques d'incendie et de panique est demandée | De 1 à 3 ans | |
Bâtiment à usage Selon les règlementations locales d'habitation |
Fig A3 : Périodicité des vérifications généralement recommandées pour une installation électrique
Cette conformité peut être attestée de différentes façons.
Conformité (aux normes et aux spécifications) des matériels utilisés dans l'installation
Les modes de preuve
La conformité d’un matériel aux normes qui lui sont applicables peut être attestée :
b soit par une marque de conformité telle que la marque NF-USE,
b soit par un certificat de conformité délivré par un organisme suite à des essais réalisés en laboratoire,
b soit par une déclaration de conformité du constructeur.
A - Règles générales de conception d'une installation électrique
Règles et textes réglementaires
La déclaration de conformité
Pour le matériel à utiliser par des personnes averties ou qualifiées, c'est la déclaration de conformité du constructeur qui est en général utilisée (notifiée dans la documentation technique) et par le marquage sur l'appareil lui-même.
En cas de doute sur la compétence du constructeur, l'organisme de contrôle peut demander un certificat de conformité délivré par un laboratoire de préférence accrédité par le Réseau National d'Essai en France (RNE).
Le marquage CE et la marque de conformité
Le marquage CE est imposé par les directives européennes. Il autorise la libre circulation des matériels à l’intérieur du territoire de l’Union Européenne. Le marquage CE est apposé par les constructeurs sur les matériels conformes aux exigences essentielles de sécurité des directives européennes. Il ne garantit ni le niveau de performance d’un produit ni l’aptitude à la fonction du produit.
La marque de conformité telle que la marque NF-USE atteste d’un engagement volontaire du constructeur. Elle apporte non seulement la garantie de conformité aux normes applicables mais aussi la vérification du système d’assurance qualité du constructeur et la vérification du maintien de la qualité dans le temps grâce aux prélèvements en usine.
Certification d'Assurance Qualité
Un laboratoire qui essaie des échantillons ne peut certifier la conformité de l'ensemble d'une production : il effectue des essais dits de type. Souvent d'ailleurs, au cours de leurs essais de conformité aux normes, les échantillons sont mis hors d'usage (cf. essai d'un fusible).
Seul le constructeur peut certifier que les produits fabriqués et livrés ont bien les caractéristiques annoncées.
La certification d'Assurance Qualité a pour but de compléter la déclaration ou certification de conformité initiale.
Pour prouver que tous les moyens nécessaires pour assurer la qualité de la production sont en place, le constructeur fait certifier l'organisation de son entreprise par un organisme spécialisé : en France, l'AFAQ (Association Française pour l'Assurance de la Qualité).
Cette certification est faite en se référant aux normes internationales de la série ISO 9000 dont l'équivalent européen est la série EN 29000.
Ces normes définissent trois modèles d'Assurance Qualité qui correspondent à des situations différentes plutôt qu'à des niveaux de qualité différents :
b le modèle 3 définit comment assurer la qualité par le contrôle final des produits,
b le modèle 2 répond au cas où il faut, en plus du contrôle final du produit, contrôler également le processus de fabrication. C'est, par exemple, le cas des fusibles où on ne peut pas contrôler directement sur le produit les caractéristiques annoncées car cela le détruirait du même coup,
b le modèle 1 répond au cas où il faut en plus du modèle 2 contrôler la qualité du processus de conception, par exemple parce qu'il n'est pas envisagé de construire et d'essayer un prototype (cas de produit fabriqué à la demande et sur spécification particulière).
Environnement
Les systèmes de management environnemental, basés sur la norme internationale ISO 14001, concernent les sites industriels.
Le développement des produits respecte l’environnement en utilisant de nouvelles techniques pour mieux préserver les ressources naturelles. Les méthodes utilisées permettent de choisir l’architecture et les constituants des produits en tenant compte du bilan des impacts sur l’environnement pour tout leur cycle de vie : production, distribution, utilisation et fin de vie.
La directive européenne WEEE (Waste of Electrical and Electronic Equipment ; déchets électriques et électroniques) publiée le 13.2.2003 modifie le contexte réglementaire dans lequel évoluent les fabricants d’appareillage : ceux-ci deviennent responsables de certains de leurs produits en fin de vie ; ils doivent en gérer l’information aux recycleurs, la collecte sélective, le traitement, le financement.
La directive européenne ROHS (Restriction Of Hazardous Substances ; interdiction de substances dangereuses) interdit à partir du 1.7.2006 les métaux lourds (plomb, cadmium, mercure, chrome hexavalent) et les retardateurs de flamme PBB et PBDE. Schneider Electric intègre dans ses processus les normes du moment et leurs évolutions prévisibles.
Parmi les avantages pour ses clients et partenaires :
b une démarche durable, comprise dans le management de l’entreprise,
b une contribution à la diminution de la consommation d’énergie, d’eau et de matières,