25 mai 2012

Guide de conception des réseaux électriques industriels


Ce document a été élaboré dans le but de diffuser la connaissance dans le groupe
Schneider Electric, notamment aux CEAT France et Etranger. Il contient les
informations théoriques et pratiques permettant de concevoir un réseau électrique
industriel et de comprendre les phénomènes qui se produisent dans ce réseau. Il
constitue un outil de travail pour un ingénieur d'études et un support de connaissances
pour un technico-commercial, un marketeur, ...

Sommaire:

SYMBOLES GRAPHIQUES DES SCHEMAS
1. LES ARCHITECTURES DE RESEAUX
    1.1. Structure générale d'un réseau privé de distribution
    1.2. La source d'alimentation
    1.3. Les postes de livraison HTB
    1.4. Les postes de livraison HTA
        1.4.1. Les postes de livraison HTA à comptage BT
        1.4.2. Les postes de livraison HTA à comptage HT
    1.5. Les réseaux HTA à l'intérieur du site
        1.5.1. Modes d'alimentation des tableaux HTA
        1.5.2. Structure des réseaux HTA
    1.6. Les réseaux BT à l'intérieur du site
        1.6.1. Modes d'alimentation des tableaux BT
        1.6.2. Les tableaux BT secourus par des alternateurs
        1.6.3. Les tableaux BT secourus par une alimentation sans interruption (ASI)
    1.7. Les réseaux industriels avec production interne
    1.8. Exemples de réseaux typiques

2. LES REGIMES DE NEUTRE
    2.1. Introduction
    2.2. Les différents régimes de neutre
    2.3. Influence du régime du neutre
        2.3.1. Schéma équivalent d'un réseau
        2.3.2. Influence du régime du neutre
            2.3.2.1. Régime du neutre et courant de défaut
            2.3.2.2. Tensions de contact
            2.3.2.3.Surtensions
            2.3.2.4. Dommages causés aux équipements
            2.3.2.5. Perturbations électromagnétiques
            2.3.2.6. Différence de potentiel le long du conducteur de protection - Perturbation des systèmes communicants
            2.3.2.7. Risque d'incendie ou d'explosion
    2.4. Régimes de neutre et schémas des liaisions à la terre utilisés en basse tension
        2.4.1. Neutre isolé ou impédant (schéma IT)
        2.4.2. Neutre mis directement à la terre (schéma TT)
        2.4.3. Mise au neutre (schéma TN)
    2.5. Le contact indirect en basse tension suivant le régime du neutre
        2.5.1. Neutre isolé
            2.5.1.1. Mise en oeuvre du schéma IT et exploitation
        2.5.2. Mise au neutre (schéma TN)
            2.5.2.1. Mise en oeuvre du schéma TN
        2.5.3. Neutre mis à la terre (schéma TT)
            2.5.3.1. Mise en oeuvre du schéma TT
    2.6. Particularités des dispositifs différentiels résiduels
        2.6.1. Description, principe général
        2.6.2. Particularités de mise en oeuvre des DDR
            2.6.2.1. Courants de fuite permanents
            2.6.2.2. Courants de fuite transitoires
            2.6.2.3. Influence des surtensions
            2.6.2.4. Remèdes
            2.6.2.5 Composantes continues
            2.6.2.6. Recommandations d'installation des DDR à tore séparé
            2.6.2.7. Recommandations d'emploi des dispositifs différentiels résiduels (DDR) à haute sensibilité
    2.7. Dimensionnement protection et coupure du conducteur neutre
        2.7.1. Dimensionnement du conducteur neutre (NFC 15-100)
            2.7.1.1. Schémas TT, TN-S
            2.7.1.2. Schéma TN-C
            2.7.1.3. Schéma IT
        2.7.2. Sectionnement
        2.7.3. Protection du conducteur neutre
    2.8. Protection et coupure des conducteurs de phase
        2.8.1. Coupure des conducteurs de phase
        2.8.2. Protection des conducteurs de phase (norme NFC 15-100 § 473.3.1)
    2.9. Influence sur l'appareillage des règles de coupure et protection du conducteur neutre et des conducteurs de phase
    2.10. Interaction entre haute tension et basse tension
    2.11. Comparaison des différents régimes du neutre basse tension-choix
        2.11.1.Comparaison des différents régimes du neutre
            2.11.1.1. Schéma TT157
            2.11.1.2. Schéma TN157
            2.11.1.3. Schéma IT
        2.11.2.choix d'un régime de neutre
            2.11.2.1. Performances des régimes du neutre
            2.11.2.2. Choix et recommandations d'emploi
            2.11.2.3. Bilan économique
    2.12. Régimes de neutre utilisés en haute tension
        2.12.1.Principes et schémas utilisés en haute tension
        2.12.2.Schémas recommandés dans les installations industrielles ou tertiaires
        2.12.3.Le contact indirect en haute tension suivant le régime du neutre
            2.12.3.1. Cas des schémas TNR-TTN et TTS
            2.12.3.2. Cas des schémas ITR-ITN et ITS
            2.12.3.3. Conclusion concernant les tensions de contact en haute tension
        2.12.4.Mise en oeuvre du neutre mis à la terre par résistance de limitation
            2.12.4.1. Choix de la valeur du courant limité
            2.12.4.2. Réalisation de la mise à la terre du point neutre
            2.12.4.3. Dispositifs de protection
        2.12.5.Mise en oeuvre du neutre isolé
            2.12.5.1. Non coupure au 1er défaut
            2.12.5.2. Coupure au premier défaut
            2.12.5.3. Surveillance de l'isolement
            2.12.5.4. Recherche du premier défaut d'isolement
        2.13. Principes de réalisation d'un système de mise à la terre

3. LES RECEPTEURS ET LEURS CONTRAINTES D'ALIMENTATION
    3.1. Les perturbations dans les réseaux industriels
    3.2. Les remèdes pour se prémunir contre le flicker
    3.3. Les moteurs électriques
        3.3.1. Les moteurs asynchrones
        3.3.2. Les moteurs synchrones
        3.3.3. Entraînement à vitesse variable par moteurs électriques
            3.3.3.1. Moteur asynchrone à cage alimenté par gradateur
            3.3.3.2. Moteur asynchrone à rotor bobiné (ou à bagues) avec cascade hyposynchrone
            3.3.3.3. Moteur asynchrone à cage alimenté par redresseur-onduleur autonome
            3.3.3.4. Moteur synchrone alimenté par redresseur-onduleur autopiloté
            3.3.3.5. Moteur asynchrone ou synchrone alimenté par cycloconvertisseur
            3.3.3.6. Caractéristiques et domaines d'application des variateurs électroniques de vitesse
        3.3.4. Démarrage des moteurs électriques
            3.3.4.1. Démarrage des moteurs asynchrones triphasés
                3.3.4.1.1.Démarrage des moteurs à cage
                3.3.4.1.2.Démarrage des moteurs asynchrones à rotor bobiné (ou à bagues)
            3.3.4.2. Démarrage des moteurs synchrones triphasés
        3.3.5. Freinage des moteurs asynchrones
        3.3.6. Choix du type de moteur
        3.3.7. Effets des perturbations sur les moteurs
    3.4. Les autres récepteurs
        3.4.1. Les fours à arcs
        3.4.2. Machines à souder par résistance
        3.4.3. Machine à souder par arc
        3.4.4. Equipements haute fréquence ou micro-ondes
        3.4.5. Les fours à induction
        3.4.6. Les fours à résistance
        3.4.7. Ensembles électronique de puissance
        3.4.8. Chaudières électriques
        3.4.9. Eclairage
        3.4.10.Torches à plasma
        3.4.11.Electronique sensible
    3.5. Tableaux récapitulatifs des perturbations engendrées et des sensibilités des récepteurs

4. LES SOURCES D'ALIMENTATION
    4.1. L'alimentation par les réseaux de distribution publique
        4.1.1. Solution pour se prémunir contre les variations lentes de la tension
        4.1.2. Solutions pour se prémunir contre les creux de tension et les coupures brèves du distributeur
    4.2. Les alternateurs (générateurs synchrones)
        4.2.1. Caractéristiques et comportement des alternateurs
            4.2.1.1. Alternateur débitant sur un réseau de puissance "infinie"
            4.2.1.2. Alternateur débitant sur un réseau indépendant
        4.2.2. Fonctionnement en moteur synchrone
        4.2.3. Description des différents systèmes d'excitation des machines synchrones
        4.2.4. Caractéristiques électriques des alternateurs
    4.3. Les génératrices asynchrones
        4.3.1. Génératrice asynchrone couplée à un réseau de puissance infinie
        4.3.2. Génératrice asynchrone alimentant un réseau indépendant
    4.4. Avantages comparés des alternateurs et des génératrices asynchrones
    4.5. Les alimentations sans interruption (ASI)

5. LES SURTENSIONS ET LA COORDINATION DE L'ISOLEMENT
    5.1. Les surtensions
        5.1.2. Surtensions à fréquence industrielle
            5.1.2.1. Surtension provoquée par un défaut à la terre
            5.1.2.2. Résonance et ferro-résonance
            5.1.2.3. Rupture du conducteur neutre
        5.1.3. Surtensions de manoeuvre
            5.1.3.1. Principe de la coupure
            5.1.3.2. Manoeuvre des récepteurs
            5.1.3.3. Elimination des défauts phase-terre par un disjoncteur
        5.1.4. Surtensions atmosphériques
        5.1.5. Propagation des surtensions
    5.2. Les dispositifs de protection contre les surtensions
        5.2.1. Principe de la protection
        5.2.2. Les éclateurs
        5.2.3. Les parafoudres
            5.2.3.1. Parafoudre à résistance variable avec éclateur (voir CEI 99-1)
            5.2.3.2. Parafoudre à oxyde de zinc (ZnO)
            5.2.3.3. Installation des parafoudres HT et MT
        5.2.4. Protection des installations BT
    5.3. Coordination de l'isolement dans une installation électrique industrielle.
        5.3.1. Généralités
        5.3.2. Réduction des risques et du niveau des surtensions
            5.3.2.1. Elévation du potentiel des masses BT suite à un défaut MT dans le poste de transformation
            5.3.2.2. Elévation du potentiel des masses BT suite à un choc de foudre

6. DETERMINATION DES SECTIONS DE CONDUCTEURS
    6.1. Détermination des sections de conducteurs et choix des dispositifs de protection en basse tension
        6.1.1. Principe de la méthode
        6.1.2. Détermination du courant maximal d'emploi
        6.1.3. Choix du dispositif de protection
        6.1.4. Courants admissibles dans les canalisations
        6.1.5. Détermination pratique de la section minimale d'une canalisation BT
        6.1.6. Section des conducteurs de protection (PE), d'équipotentialité et de neutre(NF C 15-100)
        6.1.7. Vérification des chutes de tension
        6.1.8. Longueurs maximales des canalisations pour la protection contre les contacts indirects (régime TN et IT)
        6.1.9. Vérification des contraintes thermiques des conducteurs
        6.1.10. Exemple d'application
    6.2. Détermination des sections de conducteurs en moyenne tension(suivant la norme NF C 13-205)
        6.2.1. Principe de la méthode
        6.2.2. Détermination du courant maximal d'emploi
        6.2.3. Courants admissibles dans les canalisations
        6.2.4. Contraintes thermiques des conducteurs en cas de court-circuit et détermination de la section
        6.2.5. Courants de courte durée admissible dans les écrans de câbles à isolation synthétique extrudée (détermination de )
        6.2.6. Vérification des chutes de tension
        6.2.7. Détermination pratique de la section minimale d'un câble moyenne tension
        6.2.8. Conditions de mise à la terre des écrans de câbles
        6.2.9. Exemple d'application
    6.3. Calcul de la section économique

7. LA COMPENSATION DE L'ENERGIE REACTIVE
    7.1. L'énergie réactive
        7.1.1. Nature des énergies active et réactive, puissance apparente
        7.1.2. Composantes active et réactive du courant
        7.1.3. Composantes active et réactive de la puissance
        7.1.4. Facteur de puissance
        7.1.5. la valeur tg j
        7.1.6. Facteur de puissance et cos j en présence d'harmoniques
        7.1.7. Circulation de l'énergie réactive
        7.1.8. Energie réactive et éléments du réseau
    7.2. Intérêts de la compensation d'énergie réactive
    7.3. Relation entre la puissance des condensateurs et l'amélioration du cos j
    7.4. Matériel de compensation d'énergie réactive
    7.5. Emplacement des condensateurs
    7.6. Détermination de la puissance de compensation par rapport à la facture d'énergie
    7.7. Compensation aux bornes d'un transformateur pour accroître sa puissance disponible
    7.8. Compensation de l'énergie réactive absorbée par un transformateur seul
    7.9. Compensation des moteurs asynchrones
    7.10. Recherche de la compensation optimale
    7.11. Enclenchement des batteries de condensateurs et protections
    7.12. Problèmes liés aux condensateurs en présence d'harmoniques

8. LES HARMONIQUES
    8.1. Notions de base
        8.1.1. Décomposition d'un signal périodique en série de Fourier
        8.1.2. Définitions
        8.1.3. Les générateurs de grandeurs électriques harmoniques
        8.1.4. Méthode de détermination des harmoniques de courant et tension dans un réseau
        8.1.5. Caractéristiques des circuits bouchon
    8.2. Effets des harmoniques sur l'appareillage électrique et règles d'utilisation
    8.3. Normes et réglementations
        8.3.1. Définitions
        8.3.2. Normes en vigueur
            8.3.2.1. Niveaux de compatibilité
            8.3.2.2. Les niveaux d'émission
            8.3.2.3. Les niveaux d'immunité des matériels
    8.4. Les moyens de se prémunir contre les perturbations harmoniques
        8.4.1. Installer des sources de faible impédance de sortie
        8.4.2. Installation d'une inductance anti-harmonique
        8.4.3. Installation de shunts résonnants
        8.4.4. Installation de filtres amortis
        8.4.5. Installation de filtres actifs
        8.4.6. Confinement des harmoniques

9. STABILITE DYNAMIQUE DES RESEAUX INDUSTRIELS
    9.1. Comportement d'un réseau électrique industriel
    9.2. Etude de stabilité dynamique des réseaux industriels
        9.2.1. Objectifs des études
        9.2.2. Causes d’instabilité
        9.2.3. Les effets de l’instabilité
        9.2.4. Maîtrise de l’instabilité
    9.3. Etudes de stabilité
        9.3.1. Méthodes de calcul employées
        9.3.2. Développement d’une étude
    9.4. exemple d’étude

10. LA SURETE DE FONCTIONNEMENT D'UNE INSTALLATION ELECTRIQUE
    10.1. Définition des termes liés à la sûreté de fonctionnement (selon CEI 50 § 191)
    10.2. Les domaines d'application des études de sûreté de fonctionnement
    10.3. Réalisation d'une étude de sûreté de fonctionnement
    10.4. Exemple

11. TARIFICATION DE L'ENERGIE ELECTRIQUE
    11.1. Choix du tarif
    11.2. Tarif Bleu
    11.3. Tarif "Jaune"
        11.3.1.Prise en compte des besoins de puissance
        11.3.2.Périodes tarifaires
        11.3.3.Prise en compte de la durée d'utilisation : versions tarifaires
        11.3.4.Facturation des dépassements de puissance souscrite
    11.4. Tarif Vert
        11.4.1.Périodes tarifaires
            11.4.1.1. Option Base
            11.4.1.2. Option EJP
            11.4.1.3. Option Modulable
        11.4.2.Prise en compte des besoins de puissance
        11.4.3.Prise en compte de la durée d'utilisation : versions tarifaires
        11.4.4.Facturation de l'énergie réactive
        11.4.5.Facturation des dépassements de puissance souscrite
        11.4.6.Classes de tension
        11.4.7.Optimisation tarifaire
    11.5. Tarifs d'achat
        11.5.1.Secteur libre de la production autonome
        11.5.2.Fondement des tarifs d'achat
        11.5.3.Tarif pour fournitures partiellement garanties et tarif simplifié
            11.5.3.1. Tarif pour fournitures partiellement garanties
            11.5.3.2. Tarif simplifié
    11.6. Frais de raccordement et de renforcement des réseaux d'alimentation des clients - Tickets
        11.6.1.Ticket Bleu
        11.6.2.Ticket Jaune
        11.6.3.Ticket Vert (tarif A seulement)

12. LE CONTROLE - COMMANDE
    12.1. Intérêt d'un système de contrôle-commande de la distribution d'énergie électrique
        12.1.1. Les économies sur la facture d'énergie
        12.1.2. La disponibilité de l'énergie
        12.1.3. La programmation horaire
        12.1.4. La gestion des groupes de production interne
        12.1.5. L'assistance au diagnostic de l'état du réseau
        12.1.6. La conduite du réseau de distribution
        12.1.7. Optimisation de la maintenance des appareils
    12.2. Description des fonctions effectuées sur le réseau électrique
        12.2.1. Les automatismes de transfert
        12.2.2. L'automatisme de reconfiguration de boucle MT
        12.2.3. Le délestage
            12.2.3.1. Le délestage gestion tarifaire
            12.2.3.2. Le délestage pour protéger les transformateurs contre les surcharges
            12.2.3.3. Le délestage pour protéger les groupes de production interne
        12.2.4. La mise en charge par groupe de transformateurs
        12.2.5. L'asservissement des appareils de coupure et de sectionnement
        12.2.6. L' interdéclenchement des appareils de coupure
        12.2.7. La commutation des générateurs homopolaires
        12.2.8. La compensation de l'énergie réactive
        12.2.9. Le sous-comptage et le contrôle de la qualité de l'énergie
        12.2.10.La programmation horaire
        12.2.11.La programmation tarifaire
        12.2.12.La gestion des groupes de production interne
        12.2.13.La chronologie fine
        12.2.14.L'oscilloperturbographie
    12.3 Description matérielle d'un système de contrôle-commande
    12.4 Description des fonctions de supervision et contrôle

13. METHODOLOGIE DE CONCEPTION D'UN RESEAU ELECTRIQUE ET EXEMPLE D'APPLICATION
    13.1. Recueil des données (étape 1)
        13.1.1. Conditions d'environnement
        13.1.2. Classement des récepteurs
        13.1.3. Attachement géographique ou fonctionnel des récepteurs
        13.1.4. Conditions de fonctionnement des récepteurs
        13.1.5. Perturbations générées et tolérées par les récepteurs
        13.1.6. Extensions futures
        13.1.7. Classement des récepteurs par importance
        13.1.8. Contraintes du réseau public
    13.2. Elaboration d'un premier schéma unifilaire (étape 2)
        13.2.1. Bilan de puissance
        13.2.2. Choix des niveaux de tension
        13.2.3. Sources d'énergie
        13.2.4. Choix des régimes de neutre
        13.2.5. Choix de la structure du réseau
        13.2.6. Gestion de l'énergie - Choix de la tarification optimale
    13.3. Etudes techniques et validation du schéma unifilaire (étape 3)
        13.3.1. Calcul des courants nominaux
        13.3.2. Choix des transformateurs
        13.3.3. Choix des générateurs
        13.3.4. Détermination des sections des conducteurs
        13.3.5. Etude des circuits de terre et des prises de terre
        13.3.6. Calcul des courants de court-circuit
        13.3.7. Démarrage des moteurs
        13.3.8. Etude de la stabilité dynamique du réseau
        13.3.9. Compensation de l'énergie réactive
        13.3.10.Etude des harmoniques
        13.3.11. Coordination de l'isolement dans une installation électrique industrielle
        13.3.12. Etude de la sûreté de fonctionnement
    13.4. Choix du matériel (étape 4)
    13.5. Détermination du plan de protection (étape 5)
    13.6. Choix d'un système de contrôle-commande (étape 6)
    13.7. Exemple d'application
        13.7.1.Description de l'installation
        13.7.2.Recueil des données
        13.7.3.Elaboration d'un premier schéma unifilaire
        13.7.4.Etudes techniques et validation du schéma unifilaire

Guide En PDF de Schneider Electric, 928 pages.

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