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