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Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 32 PLAN DE LA LEÇON N°4

Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 32 PLAN DE LA LEÇON N°4 TITRE DE LA LEÇON : Matériaux et appareillage électrique OBJECTIFS : A la fin de la séance l'étudiant doit être capable de :  Reconnaître et classifier les matériaux à usage équipements industriels ;  Identifier l'appareillage électrique d'une installation industrielle ;  Savoir les dispositifs de protection d'une installation industrielle ;  Reconnaître les différents paramètres de choix d'un dispositif de protection ;  Choisir l'appareillage adéquat à la fonction de protection. PRE-REQUIS :  Lois d'électricité.  Appareils de mesure. Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 33 MATERIAUX ET APPAREILLAGE ELECTRIQUE OBJECTIF GENERAL : Identifier et choisir un appareillage de protection des installations industrielles. OBJECTIFS SPECIFIQUES ELEMENTS DE CONTENU METHODOLOGIE ET MOYEN EVALUATION DUREE  Reconnaître et classifier les matériaux à usage équipements industriels. 1. Les matériaux conducteurs. 2. Les matériaux isolants. 3. Les matériaux magnétiques.  Exposé informel.  Notes de cours.  Formative. 60 mn  Identifier l'appareillage électrique d'une installation industrielle.  Reconnaître les différents paramètres de choix d'un dispositif de protection. 1. Fusible. - Classification. - Sélectivité. 2. Sectionneur porte fusible. 3. Relais. - Thermique. - Magnétique. 4. Disjoncteurs. 5. Contacteurs.  Exposé informel.  Notes de cours.  Exemples.  Formative. 120 mn Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 34 MATÉRIAUX ET APPAREILLAGE ÉLECTRIQUE I. Classification des matériaux A propos des installations électriques, les matériaux utilisés sont les suivants :  Les matériaux isolants ;  Les matériaux conducteurs ;  Les matériaux magnétiques. I.1 Matériaux isolants La résistance des matériaux dépend de la propriété suivante : S L R   où  : La résistivité du matériau en ] [ m  ; R : La résistance du matériau en ] [ ; L : La longueur du matériau en ] [ m ; S : La section du matériau en ] [ 2 m . Généralement la résistance des matériaux isolants est très élevée, elle est de l'ordre de ] [ 106 cm  . On distingue trois états d'isolation :  Isolation gazeuse ;  Isolation liquide ;  Isolation solide. I.1.1. Les isolants solides Trois différents isolants solides qui se présentent :  Isolants minéraux : comme le fibre de verre, le porcelaine et le mica...;  Isolants organiques : comme le papier, le bois et le coton…;  Isolants synthétique : comme le bakélite, le thermoplastique et le thermodurcissable… Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 35 I.1.2. Les isolants liquides On distingue deux sortes d'huiles :  L'huile minérale qui présente le risque d'oxydation incendie ;  L'huile lourde (synthétique) employé dans les transformateurs et les disjoncteurs de puissance. I.1.3. Les isolants gazeux Généralement les isolants gazeux sont utilisés dans les chambres de coupure de haute puissance. Les plus utilisés sont :  L'air est le pus simple isolant gazeux ;  L'hexafluorure de soufre (SF6) : c'est un gaz lourd et non toxique. Il est utilisé dans les disjoncteurs de haute tension. I.2. Matériaux conducteurs La résistance des matériaux est exprimée par la même relation que le paragraphe précédent : S L R   Ils sont caractérisés par sa faible résistivité, qui dépend du métal utilisé et qui est de l'ordre de ] [ 10 6 cm   . Le cuivre et l'aluminium sont les plus employés pour la fabrication des câbles et des appareils électriques. L'argent présente une bonne conductivité, il est moins utilisé est plus coûteux, généralement il est utilisé pour revêtement de certains contacts afin d'éviter toutes sortes d'oxydation. I.2.1. Le cuivre et ses alliages Le cuivre est caractérisé par sa faible résistivité ] [ 10 72 , 1 6 cm     , il est classé parmi les bons conducteurs électriques utilisés pour les câbles et les conducteurs de faible perte fer. On distingue les alliages suivants :  Cuivre (Cu) pur : utilisation : câbles, barres, bobinages et collecteurs …;  Le laiton est un alliage de cuivre (Cu) et de zinc (Zn), sa résistivité ] [ 10 4 , 6 6 cm      Le bronze est un alliage de cuivre (Cu), d'aluminium (Al) et de plomb (Pb), sa résistivité ] [ 10 15 6 cm     . Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 36 I.2.2. Aluminium et ses alliages L'aluminium est compté parmi les bons conducteurs ] [ 10 8 , 2 6 cm     , mais il est caractérisé par sa souplesse et sa flexibilité. C'est pour cette raison qu'on cherche à le durcir par un traitement thermique. On distingue les alliages suivants :  Aluminium (Al) pur : il est conçu pour la fabrication des cages de moteurs asynchrones à rotor en court-circuit, et appareillages… ;  Aluminium (Al) plus cuivre (Cu) : ils servent à la fabrication des enroulements des machines tournantes, ainsi pour les câbles nus… ;  Aluminium (Al) plus Magnésium (Mg) et Silicium (Si) : On les utilises pour la fabrications des disjoncteurs et des carcasses des moteurs. I.2.3. Argent et ses alliages  Argent pur ] [ 10 59 , 1 6 cm     : utilisé pour les contacts inoxydables ;  Argent (Ag) plus Cadmium (Cd) : présente une faible résistance de contact. I.2.4. Matériaux pour fusibles Pour assurer la sécurité des personnes, on utilise des matériaux de faible résistivité et présente une faible température de fusion.  L'argent (Ag) pour les fusibles à haute tension ;  L'argent (Ag) plus le plombe (Pb) pour les fusibles basse tension ;  L'aluminium (Al) pour les fusibles basse tension et faible calibre. I.3. Matériaux magnétiques Les matériaux magnétiques sont très employés dans les circuits magnétiques des machines, qui assurent une transformation de l'énergie électrique ou mécanique. Ces matériaux possèdent une courbe d'aimantation de l'induction magnétique (B) en fonction du champ magnétique (H), suivant la relation : H B a   Où r a    0  : la perméabilité absolue des matériaux 0  : la perméabilité à vide 7 0 10 4     r  : la perméabilité relative dépend du matériau Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 37 I.3.1. Matériaux pour champ à induction constante On utilise fer dur pour la fabrication des pôles inducteurs et des électro-aimants à courant continu dont la perméabilité relative est de 4 r 10   . I.3.2. Matériaux pour champ à induction variable Les transformateurs, ce sont des machines de transformation d'énergie en une énergie électrique conservatrice de puissance, ce qui nécessite un matériau de faible perte fer :  pour les fréquences de 50 Hz; on utilise les alliages de fer (Fe) et de silicium (Si).  pour les hautes fréquences Hz f 50  ; on utilise les alliages métalliques comme le fer (Fe), le Nickel (Ni) et le molybdène (Mo) ou le céramique (Mn Fe2 O3) I.3.3. Matériaux pour aimants permanents On utilise des matériaux durs et indéformables pour les hauts parleurs en aluminium (Al), le Nickel (Ni) et le cobalt (Co); et pour les moteurs d'horlogerie le platine (Pt) et le cobalt (Co). II. Appareillage électrique industriel Un appareillage électrique est un ensemble de dispositifs de commande, de protection et de sécurité, capable de contrôler l'énergie électrique mise à la disposition des industriels ou des particuliers. Le choix approprié lors de l'implantation d'un appareil est déterminé selon :  La nature de courant ;  La fonction d'un appareil électrique ;  La tension de réseau : c'est la tension maximale d'utilisation ;  Le courant nominal : c'est le calibre de l'appareil qui correspond au courant permanent maximal d'utilisation ;  Le pouvoir de coupure : valeur du courant de court-circuit qu'un appareil est capable d'interrompre. L'appareillage électrique est classé selon les fonctions à assurer. II.1. Les fusibles II.1.1. Définition Le principe de la protection par fusible consiste à introduire dans le circuit à protéger un conducteur calibré qui en cas de surcharge, s'échauffera par effet Joule jusqu'à atteindre sa température de fusion. Electricité Générale – Niveau 2 2010-2011 H. BEN AMMAR 38 II.1.2. Symbole Fig.4.1. Symbole d'un fusible II.1.3. Caractéristiques des fusibles Ils sont caractérisés par : a. L'intensité nominale (In) : c'est le passage du courant à travers sans provoquer la fusion du conducteur fusible ; b. La tension nominale (Un) : c'est la tension maximale d'utilisation du fusible, généralement 250Vou 500V ; c. Pouvoir de coupure (Pdc) : c'est le courant de court-circuit maximal qui peut le supporter sans danger. Exemple : le type HPC (haut pouvoir de coupure), HPC>10KA ; d. Courant de non fusion (Inf) : c'est la valeur spécifiée du courant qui peut être supportée par le fusible sans foudre pendant le temps spécifié (a) ; e. Courant de fusion (If) : c'est la valeur spécifiée du courant qui provoque la fusion avant la fin du temps spécifié (b). Fig.4.2. uploads/s3/ chapitre-4-materiaux-appareillage-electrique.pdf