ELECTRICITE INDUSTRIELLE
MEI 81
CHAPITRE 01 :
Dimensionnement d’une installation industrielle
1. Notions générales sur la distribution de l'énergie électrique basse tension BT
1.1 Structure générale d'un réseau industriel
Un réseau électrique industriel comporte généralement :
- La source d'alimentation ;
- Des transformateurs HTA / BT (pour les Postes de Distribution Publique) ;
- Des tableaux et des réseaux basse tension ;
- Des récepteurs basses tensions.
1.1.1 Source d'alimentation
L'alimentation des réseaux industriels peut être réalisée, soit :
• En HTB supérieure à 50 kV.
• En HTA entre 1 kV et 50 kV.
• En BTA inférieure à 1 kV.
L’alimentation peut être réalisée en trois modes :
a) L’alimentation des tableaux BT avec une seule source d'alimentation
dans ce cas le réseau est dit de type radial arborescent. En cas de perte de la source
d'alimentation d'un tableau BT, celui-ci est hors service jusqu'à l'opération de réparation.
Figure 1 : Alimentation des tableaux BT avec une seule source d'alimentation
b) L’alimentation des tableaux BT par une double alimentation
Figure 2 : Alimentation des tableaux BT par une double alimentation
c) Tableaux BT secourus par des alternateurs
En fonctionnement normal, Q3 est fermé et Q1 est ouvert. Le tableau Tab-1 est alimenté par
le transformateur. En cas de perte de la source normale, on réalise les étapes suivantes :
-Fonctionnement du dispositif normal/secours, ouverture de Q3.
-Délestage éventuel d'une partie des récepteurs des circuits prioritaires, afin de limiter l'impact
de charge subi par l'alternateur.
- Démarrage de l'alternateur. Fermeture de Q1 lorsque la fréquence et la tension de
l'alternateur sont à l'intérieur des plages requises.
Figure 3 : Alimentation un transformateur et un alternateur
1.1.2 Postes HTA/BT :
Ces postes assurent l’alimentation et la protection des réseaux BT .On rencontre deux types
principaux :
a. Postes d’extérieur : Les postes HTA/BT sur les réseaux aériens sont très les transformateurs
sur poteau sans appareil de coupure sur HTA [6].
b. Postes d’intérieur : Les postes HTA/BT sur réseaux souterrains sont majoritairement
représentés par les postes en cabine avec deux interrupteurs-sectionneurs HTA pour
manœuvrer sur l’artère et un interrupteur-fusible en protection du transformateur [6].
Le schéma type de ce poste est évidemment beaucoup plus simple.
Figure 4: structure d’un Poste HTA/BT
1.1.3 Réseau de distribution BT
Le réseau BT achemine l’énergie entre le réseau HTA et les utilisateurs raccordés en BT en
400 V triphasé ou en 230 V monophasé. Le réseau BT est composé des départs issus des
postes de transformation HTA/BT. La longueur des départs BT est limitée par l’intensité
admissible dans les câbles et par les chutes de tension. On peut distinguer schématiquement
trois types de structures de réseau à basse tension :
- La structure arborescente : C’est de loin la plus répandue. Elle est, dans la plupart des cas,
considérée comme suffisante. En effet, bien que les détails de localisation de défaut et de
réparation soient non négligeables, surtout en souterrain, le nombre des clients affectés par
l’indisponibilité d’un tronçon est beaucoup plus faible qu’en HTA ;
- La structure bouclée : Elle consiste à insérer des points de bouclage (par les boîtes de
coupure, ou dans les postes) ouverts en fonctionnement normal, entre deux (2) départs du
même poste HTA/BT ou des deux (2) postes voisins ;
- La structure maillée : Cette structure est très coûteuse et elle est réalisée dans des cas où
l’on souhaite un niveau de qualité de service très élevé.
En Algérie, le réseau BT est arborescent et non bouclé, avec des départs généralement
construits pour être les plus courts possible. En cas d’incident sur le réseau BT, la
réalimentation des utilisateurs doit se faire manuellement en déroulant un câble provisoire
depuis un autre départ BT ou en installant un groupe électrogène.
1.2 Bilan de puissance d’une installation industrielle
Le bilan de puissance est un outil qui va nous permettre de dimensionner l’installation à partir
de la définition des récepteurs. C’est la première étape essentielle de l’étude de conception
d’un réseau électrique. Elle doit cerner et localiser géographiquement les valeurs des
puissances actives et réactives.
L’estimation de la puissance est la base de tout projet, elle permet de déterminer la
configuration d’alimentation et les paramètres de tous les éléments du réseau, à savoir les
transformateurs, les lignes, l’appareillage ... etc. Les définitions suivantes sont utiles pour
l’estimation de la puissance de d’une installation industrielle.
a) Puissance installée :
La puissance installée est la somme des puissances de tous les récepteurs, y compris
l’éclairage. Cette puissance est beaucoup plus élevée que la puissance réellement consommée.
b) Puissance souscrite :
C'est une caractéristique du contrat de fourniture d'électricité entre l’abonné et le distributeur.
Il s'agit d'une indication de puissance maximale qui ne doit pas être franchie ou dont les
dépassements seront facturés avec des pénalités.
c) Puissance consommée :
C’est la puissance de pointe réellement consommée, elle dépend du fonctionnement de
chaque récepteur pris individuellement et de tous les récepteurs pris ensemble, d’où la notion
du coefficient d’utilisation maximale et du coefficient de simultanéité.
d )Puissance absorbée Pa (kVA)
La puissance absorbée Pa par une charge (qui peut être un simple Appareil) est obtenue à
partir de sa puissance nominale (corrigée si nécessaire, Comme indiqué ci-dessus pour les
appareils d'éclairage, etc.)
e)Puissance d'utilisation Pu (kVA)
De fait les récepteurs ne fonctionnent pas tous ni en même temps ni à pleine Charge : des
facteurs de simultanéité (ks) et d'utilisation (ku) permettant de pondérer la puissance
apparente maximale réellement absorbée par chaque récepteur et groupes de récepteurs. La
puissance d'utilisation Pu est la donnée significative pour la souscription d'un Contrat de
fourniture en énergie électrique à partir d'un réseau public BT ou MT (et dans ce cas, pour
dimensionner le transformateur MT/BT).
1.2.1 Calcul le bilan de puissance d’une installation industrielle
Pour parvenir à dimensionner une installation industrielle , il faut mettre en évidence la
première partie qui est le calcul du bilan de puissance.
- Puissance installée
C’est la somme des puissances de tous les récepteurs, c’est-à-dire la puissance nominale
indiquée sur la plaque signalétique, plus l’éclairage. Elle est beaucoup plus élevée que celle
réellement consommée car on suppose que tous les récepteurs fonctionnent simultanément et
à leur puissance nominale.
: Le rendement.
- Puissance utilisée (Pu) :
C’est la puissance réellement utilisée par les récepteurs. Elle est tributaire de deux facteurs :
-Facteur d’utilisation (Ku):
La puissance utilisée est inférieure à la puissance nominale installée (plaque signalétique)
d’où la notion du facteur d’utilisation affectée à chaque récepteur.
Ceci est vrai lorsque les récepteurs à moteurs sont susceptibles de fonctionner en dessous de
leur charge nominale. Dans une installation industrielle, ce facteur peut-être estimé en
moyenne à 0.75 pour les moteurs, par contre pour l’éclairage et le chauffage, il sera toujours
égale à 1.
-Facteur de simultanéité (Ks) :
Dans l’ensemble électrique, les récepteurs d’un même circuit ne fonctionnent pas tous
simultanément, par conséquent on affecte aux différents ensemble de récepteurs des facteurs
de simultanéité.
La nature des récepteurs et les conditions d’exploitation sont essentielles pour déterminer ce
facteur, on peut ne pas donner de valeurs précises applicables à tous les cas. Les normes
NFC14-100, UTE63-410 et 15-100 donnent quelques précisions sur ce facteur.
Tableau 1: Facteur de simultanéité selon le nombre de circuits
Tableau 2 : Facteurs de simultanéité pour les différents types de récepteurs selon l’utilisation
Lorsque les circuits d’alimentation de chauffage et de chauffe–eau ne peuvent être mis sous–
tension que pendant certaines heures, il est possible de ne pas tenir compte simultanément de
leur puissance. Le courant à prendre en considération est égale au courant nominal du moteur,
majoré du tiers de son courant de démarrage
2.1. Résumé de calcul des puissances
l’expression des puissances absorbées apparentes et actives en courant alternatif monophasé et
triphasé connaissant le courant absorbé, la tension et le facteur de puissance.
La puissance électrique apparente absorbée est obtenue en divisant la puissance utile par le
rendement et par le facteur de puissance.
Lors de l’étude d’une installation électrique, les informations relatives à chaque récepteur sont
données, généralement sous la forme de leur puissance utile active, les rendement étant
connus et les coefficients d’utilisation étant estimé En tenant compte du coefficient
d’utilisation, l’expression ci-dessus devient :
avec Su, la puissance apparente utile (VA ou kVA)
Les valeurs habituelles des rendements, des facteurs d’utilisation et des facteurs de puissance
sont données ci-dessous à titre indicatif
En général, on peut admettre un facteur d’utilisation de l’ordre de 0,s pour les machines de
production. Pour un atelier d’entretien on peut descendre à 0,3 dans certains cas.
Exemple
Soit une machine de scierie équipée d’un moteur asynchrone dont les caractéristiques relevées
sur la plaque signalétiques sont les suivantes : - Puissance 7,5 KW - Rendement 84% -
Facteur de puissance 0,78 . Nous estimons le facteur d’utilisation à 0,8.
La puissance apparente absorbée sera de :
Attention : La puissance habituellement inscrite sur les tubes fluorescents indiquent
uniquement la puissance du tube. Pour déterminer la puissance absorbée par un luminaire
fluorescent (tube fluorescenttballast), il convient de tenir compte de la puissance active
absorbée par le ballast, estimée à peu près égale à 25% de la puissance du tube fluorescent
Exemple
Un appareil à starter à deux tubes de 1,20 tn (36 W) absorbera :
Courant d’emploi – Formules générales
Ib : Courant d’emploi - U : Tension composée - V : Tension simple
ku : Coefficient d’utilisation - ks : Coefficient de simultanéité - ke : Coefficient d’extension )
P : Puissance utile - S : Puissance apparente - Cos : Facteur de puissance - η : Rendement
Ordre de grandeur des coefficients ku, ks et ke
Ordre de grandeur des coefficients ku, ks et ke Ces valeurs sont issues de quelques normes en
vigueur. Elles sont données à titre indicatif. Elles sont le fruit de l’expérience. Elles peuvent
être utilisées en, l’absence de toute valeur plus précise.
Choix de la puissance nominale du transformateur
La puissance d’utilisation « Pn » ou « Sn » en kVA que la source (transformateur) devra
fournir.
Information : Sauf exception le coefficient ke est compris entre 1,1 et 1,3 qui permet de tenir
compte d’une croissance normale des besoins en énergie (extension possible). En toute
rigueur un coefficient d’extension devrait être pris en considération à chaque stade de la
distribution, il peut être plus élevé. Choisir la puissance nominale normalisée (Pn ou Sn en
kVA) du transformateur.
Travaux dirigés : Série 01
EXERCICE 01
Voici le schéma unifilaire de l’installation d’un atelier
- Complétez le tableau suivant :
- Calculez la puissance totale installée ?
- Estimez les coefficients d’utilisation et de simultanéité pour cette installation (compléter le
tableau suivant) :
- Complétez le tableau suivant :
- Déterminer la puissance réellement nécessaire pour le fonctionnement de l’atelier.
EXERCICE 02
Une petite usine qui fonctionne avec une puissance effective de départ Pe, distribuée en deux
circuits principaux, le premier pour bureaux (éclairage, prises de courant confort et force), le
second pour un atelier disposant de trois circuits secondaires (éclairage, prise de courant, et
circuit machines (force)). Le bilan de puissance et des facteurs de simultanéité à chaque
niveau sont donnés sur les tableaux suivants :
Sutil : facteur d’utilisation au niveau des circuits terminaux.
S1 : facteur de simultanéité du premier niveau (coffret divisionnaire des machines)
S2 : facteur de simultanéité du deuxième niveau (armoires secondaires)
S3 : facteur de simultanéité du troisième niveau (armoire générale)
- En utilisant un schéma d’équivalence, trouver la puissance effective Pe consommée par cette
usine, en utilisant les facteurs de simultanéité donnés plus haut.
EXERCICE 03
Completez le tableau d’une installation (U= 400V).
récepteur Puissance
absorbée(KVA)
Cifficient
d’utilisation
1
Cifficient
d’utilisation
2
Cifficient
d’utilisation
3
Facteur de
puissance
1 54 1 0.9 0.9 0.9
2 32 0.75 0.9
3 30 0.8 0.75 0.75
4 15 0.8 1
5 20 1 0.8
Puissance utilisée globale
Facteur de puissance globale
Puissance globale du transformateur
Puissance du transformateur pour extension
exterieur
Solutions Série TD 01 :
Exercice 01 :
Facteurs de simultanéité Ks appliqués aux installations industrielles
Armoire de distribution
Ks en fonction de l’utilisation
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