Bilan — C2 · Le réseau de l'atelier
Ce bilan rassemble tout ce qui doit être su avant le DS2 : lire un réseau triphasé, travailler en sécurité dessus, chiffrer ses trois puissances, coupler un moteur, dimensionner un transformateur, reconnaître un régime de neutre et peupler une armoire. C'est la version complète du bilan à trous distribué en heure de structuration.
1. Le réseau triphasé
Qu'est-ce qui fait un réseau triphasé ?
Le réseau fournit trois tensions de même valeur efficace, décalées d'un tiers de période chacune, soit 120 °.
Sur trois récepteurs identiques, la somme des trois courants est nulle à chaque instant : le fil de retour ne transporte rien, et trois conducteurs transportent trois fois la puissance d'un circuit monophasé. C'est toute la raison économique du triphasé.
Phases, neutre : qui est qui ?
Les trois conducteurs actifs sont les phases, notées L1, L2 et L3 ; le quatrième, relié au point commun des enroulements de l'alternateur, est le neutre.
Tension simple ou tension composée ?
La tension simple V se mesure entre une phase et le neutre ; la tension composée U se mesure entre deux phases.
- U : tension composée, entre deux phases, en volts (V).
- V : tension simple, entre une phase et le neutre, en volts (V).
Vérification : 230 × 1,732 ≈ 400 V. Le réseau se désigne par le couple « 230 / 400 V » : la simple d'abord, la composée ensuite.
Le facteur √3 ne vient pas d'une addition de nombres, mais d'une composition de vecteurs décalés de 120 ° : deux tensions de 230 V déphasées ne donnent jamais 460 V.
À quoi sert le neutre, et que se passe-t-il s'il casse ?
Le neutre ne porte que le déséquilibre des départs monophasés, que l'électricien minimise en les répartissant sur les trois phases. Si le neutre casse, les récepteurs restants se retrouvent en série sous 400 V, et c'est le récepteur le plus faible qui risque le plus.
À RETENIR : devant une tension triphasée, la question n'est jamais « combien ? » mais « entre quelles bornes ? ». La valeur suit.
2. Mesurer et travailler en sécurité
Les quatre étapes de la consignation
Consigner un départ, quatre étapes dans l'ordre : séparer (ouvrir l'organe de coupure), condamner (cadenas et pancarte), identifier (on est bien sur le bon départ), vérifier (l'absence de tension, prouvée au VAT).
Le VAT se teste sur une source connue avant ET après la vérification : le second test prouve que l'appareil fonctionnait encore pendant la mesure. S'il échoue, tout est à refaire.
Les domaines de tension
Domaines de tension en alternatif : TBT jusqu'à 50 V, BT jusqu'à 1 000 V. Une limite de domaine n'est pas une garantie d'absence de danger.
Qu'est-ce qui blesse, exactement ?
Le danger d'électrocution est lié à l'intensité du courant, à sa nature et à sa durée. Vers 10 mA, les muscles de la main se contractent et ne peuvent plus lâcher.
Le courant s'estime par I = U/R, avec la résistance conventionnelle du corps : environ 1 350 Ω sous 230 V, peau sèche, trajet main-main. En milieu mouillé, cette valeur chute d'environ la moitié — d'où les 24 V, voire 12 V, des baladeuses de cuve.
Ce que voit un DDR, et ce qu'il ne voit pas
Le DDR compare les courants qui sortent par les conducteurs actifs et ceux qui y reviennent : il ne voit un défaut que si une partie du courant s'échappe, souvent vers la terre. C'est une protection complémentaire : elle ne remplace ni l'isolement ni la consignation.
Un contact entre deux phases ne crée aucun écart entre l'aller et le retour : le DDR n'a rien à signaler, et il ne coupe pas.
La TBTS du banc
En TBTS, la très basse tension est fournie par une source à séparation de sécurité et le circuit n'est pas relié à la terre : c'est la configuration des manipulations au banc.
À RETENIR : une position sur la courbe temps-courant demande toujours DEUX coordonnées, un courant ET une durée. Un courant seul ne dit rien du risque.
3. Les trois puissances
D'où vient le déphasage ?
Dans un récepteur à bobines, le courant est en retard sur la tension, d'un angle φ : une partie de l'énergie fait l'aller-retour avec le champ magnétique, cent fois par seconde, sans jamais être consommée.
Les trois puissances et leurs unités
S, la puissance apparente, se mesure en voltampères (VA) : elle dimensionne câbles et abonnement. P, la puissance active, en watts (W) : c'est elle qui travaille. Q, la puissance réactive, en voltampères réactifs (var) : c'est elle que compte le compteur de kvarh.
Le triangle des puissances
Les trois forment un triangle rectangle : S² = P² + Q², cos φ = P / S et tan φ = Q / P. Le fournisseur lit directement tan φ sur ses deux compteurs : kvarh divisés par kWh.
Le triangle des puissances : P en horizontal, Q en vertical, S en hypoténuse, l'angle φ entre P et S
La formule du triphasé équilibré
En triphasé équilibré, P = √3 × U × I × cos φ, avec U la tension composée et I le courant de ligne.
C'est le panachage qui coûte des points : la composée va avec le courant de ligne, jamais une simple avec un courant de ligne.
Pourquoi le cos φ s'effondre à vide
Un moteur à faible charge garde tout son courant magnétisant : son cos φ s'effondre. L'énergie réactive est facturée au-delà de tan φ = 0,4, et la parade locale est la batterie de condensateurs, qui fournit le réactif sur place.
À RETENIR : le réactif n'est pas consommé, il est emprunté. Mais il circule dans les câbles, il les échauffe, et c'est pour cela qu'il se facture.
4. Le couplage du moteur
Étoile ou triangle ?
Les six bornes de la boîte se relient par des barrettes. L'étoile réunit trois extrémités en un point commun : chaque enroulement voit U / √3. Le triangle referme les enroulements en boucle : chacun voit U tout entier.
Les deux couplages : en étoile, chaque enroulement voit U divisé par racine de 3 ; en triangle, chaque enroulement voit U tout entier
Comment lire la plaque pour choisir le couplage ?
Sur la plaque, la plus petite tension est celle que supporte UN enroulement : le bon couplage est celui qui la lui applique. Un couplage trop haut sature le fer : le courant s'emballe et l'isolant cuit.
Une plaque 230/400 V sur un réseau 400 V se couple donc en étoile : l'enroulement retrouve ses 230 V. Le même moteur en triangle sur 400 V est un moteur perdu.
La chaîne de calcul de l'examen
P(absorbée) = P(utile) divisée par le rendement η, puis I = P(absorbée) / (√3 × U × cos φ).
La plaque d'un moteur annonce la puissance UTILE, celle qui sort sur l'arbre. Le réseau, lui, fournit l'absorbée : elle est plus grande.
5. Le transformateur
Comment deux enroulements qui ne se touchent pas se parlent-ils ?
Deux enroulements sur un même noyau, reliés par le seul flux magnétique : chaque spire voit le même dΦ/dt, donc les tensions sont dans le rapport des nombres de spires.
Le transformateur : primaire alimenté, secondaire relié au primaire par le seul flux dans le noyau de fer
- U₁, U₂ : tensions au primaire et au secondaire, en volts (V).
- N₁, N₂ : nombres de spires des deux enroulements.
- m : rapport de transformation, sans unité.
Pourquoi pas en continu ?
En continu, dΦ/dt est nul : un transformateur ne fonctionne qu'en alternatif. Branché sur du continu, il ne transforme rien et son primaire chauffe jusqu'à griller.
Pourquoi la plaque est-elle en VA ?
Sa plaque se lit en voltampères (VA), car le constructeur ne connaît pas le cos φ de la future charge. Dans le modèle idéalisé, S₁ = S₂ : les courants se transforment à l'inverse des tensions, et le secondaire 24 V a des fils plus gros que son primaire.
À RETENIR : un transformateur 400 V / 230 V câblé à l'envers devient élévateur. 230 V appliqués aux bornes 24 V d'un transformateur de commande sortiraient à plus de 2 000 V du côté 230 V. Le marquage se vérifie AVANT de câbler.
6. Le régime de neutre
D'où vient le neutre, et que disent les deux lettres ?
Le neutre naît au secondaire du transformateur du poste, couplé en étoile. Le schéma de liaison à la terre se lit en deux lettres : la première dit ce qu'on fait du neutre, la seconde ce qu'on fait des masses (les carcasses).
Le même défaut d'isolement dans les trois régimes de neutre : en TT le DDR coupe, en TN le disjoncteur coupe, en IT rien ne coupe et le CPI alarme
TT, le régime du domestique
En TT, le courant de défaut revient par deux prises de terre en série : quelques ampères seulement, invisibles pour le disjoncteur. Le DDR est alors la protection des personnes, et il coupe.
TN, la boucle en cuivre
En TN, la boucle de défaut est tout en cuivre : le défaut d'isolement est un vrai court-circuit, et c'est le disjoncteur qui coupe.
IT, la continuité de service
En IT, le neutre est isolé : au premier défaut, la boucle ne se referme pas, rien ne coupe et la production continue. Le CPI surveille l'isolement en permanence et alarme. La contrepartie : réparer avant un deuxième défaut, qui, lui, serait un vrai court-circuit.
C'est le régime du bloc opératoire et des procédés continus, là où une coupure coûte plus cher que le défaut lui-même.
7. L'armoire et ses protections
Qui fait quoi dans l'armoire ?
Le sectionneur sépare de façon visible et se cadenasse, mais ne sait pas couper en charge. Le fusible coupe net un court-circuit, une seule fois et sans réglage. Le disjoncteur protège et se réarme : déclencheur magnétique pour le court-circuit, thermique pour la surcharge.
Le contacteur commande le départ à distance grâce à sa bobine, pilotée par un bouton ou par l'automate. Le relais thermique surveille l'échauffement du moteur : en cas de dépassement, il n'ouvre rien lui-même, il coupe la bobine du contacteur.
La règle d'un départ bien protégé
- Ib : le courant d'emploi, celui que la charge appelle réellement, en ampères (A).
- In : le calibre de la protection, en ampères (A).
- Iz : le courant admissible du câble, en ampères (A).
Lue dans l'ordre, la règle raconte une histoire : la protection doit laisser passer ce dont la charge a besoin, sans jamais laisser le câble dépasser ce qu'il supporte.
À RETENIR : un relais thermique réglé sous le courant de plaque déclenche à la moindre variation de charge — un produit plus froid et plus visqueux en fin de nuit suffit. Le réglage se fait sur le courant relevé en marche, pas sur une valeur ronde.
Les sept réflexes avant le DS2
- Devant une tension triphasée : simple ou composée ? Je vérifie entre quelles bornes elle est mesurée.
- P = √3 × U × I × cos φ : U composée ET courant de ligne, jamais un panachage.
- Une plaque de moteur : la plus petite tension est celle d'UN enroulement.
- Une plaque de transformateur se lit en VA ; les courants se transforment à l'inverse des tensions.
- Le DDR ne voit que le courant qui s'échappe vers la terre : sans fuite, il n'a rien à dire.
- Un premier défaut en IT ne coupe rien : c'est voulu, et c'est surveillé (CPI).
- Ib ≤ In ≤ Iz : le courant d'emploi, la protection, le câble, dans cet ordre.