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U7 · chapitre 1 Chapitre offert

Simuler une installation électrique

Ce que tu sauras faire : Préparer les données d'un logiciel de calcul d'installation, comprendre comment il détermine sections, chutes de tension, courants de court-circuit et sélectivité, puis lire ses résultats de façon critique et justifier les choix devant un client ou un jury.

3 h 30 de cours 10 exercices corrigés 10 questions de quiz
FUTUR BTS

Cherche d’abord au brouillon, puis ouvre le corrigé. Les exercices vont du plus simple au plus exigeant : les points indiquent leur difficulté. Compare ta démarche, pas seulement ton résultat.

Dans tous les exercices, tu travailles au bureau, sur des documents fournis : notes de calcul, plans, plaques et notices. Les relevés sur site, les réglages d’appareils et les mesures sont réalisés par des personnes habilitées par leur employeur pour ces opérations : tu ne fais aucune opération sur une installation. Sauf indication contraire : réseau 230/400 V, 50 Hz, √3 ≈ 1,732 ; cuivre ; résistivités ρ = 0,0225 Ω·mm²/m (chute de tension), 0,018 51 Ω·mm²/m (courant de court-circuit maximal), 0,023 Ω·mm²/m (méthode conventionnelle) ; réactance des câbles 0,08 mΩ/m. Les notes de calcul, courants admissibles affichés, plaques et notices sont fictifs. Donne chaque résultat avec son unité.

Exercice 1

Donnée, hypothèse ou résultat ?

Application

Inès prépare la note de calcul de la ligne 3 de Ternevault (indice A).

  1. Classe chaque élément : donnée relevée, hypothèse d’étude, choix de conception ou résultat calculé.
  1. longueur de W7 : 95 m, mesurée sur le plan d’implantation ;

  2. puissance de court-circuit du réseau HTA : 500 MVA ;

  3. courant admissible corrigé de W7 : 78,7 A ;

  4. plaque de Q7 : 160 A, pouvoir de coupure 36 kA ;

  5. réglage Ir de Q7 : 64 A ;

  6. coefficient d’utilisation et de simultanéité de la ligne 3 : 0,72 ;

  7. chute de tension au TD-L3 : 2,58 % ;

  8. température ambiante de l’atelier : 35 °C ;

  9. courant de court-circuit maximal au TD-L3 : 2,09 kA ;

  10. alerte « longueur maximale dépassée » sur W7.

  1. La plaque de Q7 a été relevée par Mickaël Tessier, électricien habilité de Ternevault, pendant un arrêt. Pourquoi n’est-ce pas Inès qui va la lire dans le local du TGBT ?

  2. Pourquoi la note doit-elle indiquer l’édition de la norme et la version du logiciel ?

Voir le corrigé détaillé

1. Classement. Méthode : demande-toi d’où vient la valeur. Mesurée ou lue sur le terrain ou un plan → donnée ; supposée faute de mieux → hypothèse ; décidée par le bureau d’études → choix ; sortie du logiciel → résultat.

Nature des éléments de la note
Élément Nature Pourquoi
a) longueur de W7, 95 m donnée relevée mesurée sur le plan d’implantation
b) Psc = 500 MVA hypothèse d’étude faute de valeur du gestionnaire de réseau
c) Iz = 78,7 A résultat calculé par le logiciel (référence × facteurs)
d) plaque de Q7 donnée relevée lue sur l’appareil par une personne habilitée
e) Ir = 64 A choix de conception décidé pour respecter IB ≤ Ir ≤ Iz
f) coefficient 0,72 hypothèse d’étude estimation du bilan (U4-04), à confirmer par des mesures
g) ΔU = 2,58 % résultat calculé
h) 35 °C donnée exigence du CCTP et conditions du site
i) Icc = 2,09 kA résultat calculé
j) alerte résultat produite par le logiciel, à traiter

2. Pourquoi Mickaël Tessier. Le local du TGBT est un local électrique : y accéder et y travailler, même pour lire une plaque, est réservé à des personnes habilitées par leur employeur, ou à des personnes surveillées en permanence par une personne habilitée. Inès n’est pas habilitée. Mickaël Tessier, électricien de Ternevault, connaît le site, est habilité et l’a fait pendant un arrêt, sans ouvrir le tableau (U6-02).

3. Édition et version. Les règles (courants admissibles, facteurs, méthodes) changent d’une édition de la norme à l’autre, et un logiciel peut être corrigé d’une version à l’autre. Sans ces deux références, personne ne peut vérifier que le calcul applique les règles exigées par le marché (série NF C 15-100 de 2024 pour la ligne 3).

Exercice 2

Le câble du palettiseur

Application

Le palettiseur de la ligne 3 absorbe 9,0 kW sous 400 V triphasé, avec cos φ = 0,70. Il est protégé par Q16, disjoncteur de 25 A. La note de calcul affiche, pour un câble cuivre isolé au PR posé sur chemin de câbles avec les facteurs de correction 0,96 (température) et 0,82 (groupement) :

Courants admissibles de référence affichés par la note (fictifs)
Section 2,5 mm² 4 mm²
Valeur de référence 32 A 42 A
  1. Calcule le courant d’emploi IB du palettiseur.

  2. Calcule le courant admissible corrigé Iz pour 2,5 mm² et pour 4 mm².

  3. Vérifie la condition IB ≤ In ≤ Iz pour chaque section.

  4. Le bureau d’études a retenu 4 mm². La note indique aussi, pour W16 (30 m) : longueur maximale protégée 33,3 m en 2,5 mm² et 53,3 m en 4 mm². Explique ce choix en deux arguments.

Voir le corrigé détaillé

1. Courant d’emploi. En triphasé, P = √3 × U × I × cos φ, donc I = P / (√3 × U × cos φ). IB = 9 000 / (1,732 × 400 × 0,70) = 9 000 / 485,0 ≈ 18,6 A.

2. Courants admissibles corrigés.

  • 2,5 mm² : Iz = 32 × 0,96 × 0,82 ≈ 25,2 A ;
  • 4 mm² : Iz = 42 × 0,96 × 0,82 ≈ 33,1 A.

3. Condition.

  • 2,5 mm² : 18,6 A ≤ 25 A ≤ 25,2 A : respectée, de justesse (0,2 A de marge) ;
  • 4 mm² : 18,6 A ≤ 25 A ≤ 33,1 A : respectée avec une marge confortable.

4. Pourquoi 4 mm².

  • Marge thermique : en 2,5 mm², la moindre différence entre la pose réelle et la saisie (un câble de plus dans le chemin, une température plus forte) ferait passer Iz sous 25 A.
  • Protection des personnes : en 2,5 mm², Lmax = 33,3 m pour 30 m réels, soit 3,3 m de marge seulement ; un tracé un peu plus long suffirait à rendre le circuit non protégé. En 4 mm², 53,3 m.

La chute de tension baisse aussi (0,96 % au lieu de 1,53 %). Le surcoût du 4 mm² sur 30 m est faible devant ces risques.

Piège

Conforme n'est pas robuste

Un circuit qui passe « à 0,2 A près » est conforme sur le papier, mais la moindre erreur de saisie ou modification de chantier le rend non conforme. Le bureau d’études garde des marges.

Exercice 3

Les bornes du parking de Ternevault

Calcul

Ternevault fait installer 6 bornes de 22 kW sur le parking du personnel. Un gestionnaire de charge limite l’ensemble à 66 kW (cos φ = 1). Le départ QB du TGBT, réglé à Ir = 100 A, alimente le câble WB de 85 m en tranchée jusqu’au coffret TD-IRVE (IRVE : infrastructure de recharge pour véhicules électriques). La borne la plus éloignée, B6, est à 40 m du coffret (câble 5G6, 32 A, cos φ = 1).

Alimentation des bornes de Ternevault
Exercice 3 : alimentation des bornes de Ternevault TGBT QB Ir 100 A 5 WB Cu PR 85 m en tranchée section à choisir QB0 coffret TD-IRVE QB1 B1 QB2 B2 QB3 B3 QB4 B4 QB5 B5 QB6 B6 gestionnaire de charge : 66 kW au total B6 à 40 m, câble 5G6
QB (Ir 100 A), câble WB de 85 m, coffret TD-IRVE avec QB0 et six départs QB1 à QB6 vers les bornes B1 à B6.
Courants admissibles corrigés de WB affichés par la note (pose enterrée, fictifs)
Section de WB 25 mm² 35 mm² 50 mm²
Iz corrigé 89 A 108 A 127 A

On néglige la chute de tension entre les bornes de T1 et le TGBT.

  1. Calcule le courant d’emploi de WB.

  2. Pour chaque section, vérifie la condition IB ≤ Ir ≤ Iz.

  3. Calcule la chute de tension de WB (en V et en %) pour 25, 35 et 50 mm².

  4. Calcule la chute de tension du câble de B6, puis la chute cumulée jusqu’à B6 pour chaque section de WB. Quelle limite s’applique ?

  5. Quelle est la plus petite section qui respecte toutes les conditions ?

  6. Sans gestionnaire de charge, les 6 bornes pourraient appeler 132 kW. Calcule le courant correspondant et conclus.

Voir le corrigé détaillé

1. Courant d’emploi. IB = P / (√3 × U × cos φ) = 66 000 / (1,732 × 400 × 1) = 66 000 / 692,8 ≈ 95,3 A.

2. Condition IB ≤ Ir ≤ Iz (Ir = 100 A) :

  • 25 mm² : 95,3 ≤ 100 ≤ 89 ? Non (100 > 89 A) ;
  • 35 mm² : 95,3 ≤ 100 ≤ 108 : oui ;
  • 50 mm² : 95,3 ≤ 100 ≤ 127 : oui.

3. Chute de tension de WB. cos φ = 1, sin φ = 0 : ΔU = √3 × I × R, avec R = 0,0225 × 85 / S.

Chute de tension de WB (85 m, 95,3 A)
Section R (Ω) ΔU (V) ΔU (%)
25 mm² 0,0765 12,6 3,16
35 mm² 0,0546 9,0 2,25
50 mm² 0,0383 6,3 1,58

Exemple pour 35 mm² : R = 0,0225 × 85 / 35 ≈ 0,0546 Ω ; ΔU = 1,732 × 95,3 × 0,0546 ≈ 9,02 V ; 100 × 9,02 / 400 ≈ 2,25 %.

4. Câble de B6 et cumul. R = 0,0225 × 40 / 6 = 0,150 Ω ; ΔU = 1,732 × 32 × 0,150 ≈ 8,31 V, soit 2,08 %. Cumul jusqu’à B6 : 25 mm² → 5,23 % ; 35 mm² → 4,33 % ; 50 mm² → 3,66 %. Ternevault est alimentée par son poste privé : la limite courante est 8 % pour les usages autres que l’éclairage. Toutes les sections la respectent.

5. Choix. 25 mm² est éliminé par le courant admissible. La plus petite section qui respecte toutes les conditions est 35 mm² (Iz 108 A, cumul 4,33 %).

6. Sans gestionnaire. I = 132 000 / 692,8 ≈ 190,5 A, deux fois plus. Il faudrait un réglage de QB et une section bien plus élevés, et T1 serait plus chargé (U4-09). Le gestionnaire de charge est donc une donnée d’entrée essentielle : si on l’oublie dans la simulation, on surdimensionne tout.

Exercice 4

Lire une note de calcul

Analyse

Voici un extrait de l’indice A de la note de calcul TER-L3-NC, édité par le logiciel le mardi 12/01/2027.

Note TER-L3-NC, indice A — extrait (fictif)
Circuit Protection Câble IB Iz ΔU cumulée Icc max (début) Lmax / L Alerte
W7 Q7 : Ir 64 A ; Isd 640 A ; tsd 0 5G16, 95 m 53,1 A 78,7 A 2,58 % 22,7 kA 83,3 m / 95 m contacts indirects : longueur maximale dépassée
W2 Q2 : 10 A ; Im 100 A 3G2,5, 40 m 6,3 A 28,3 A 4,47 % 2,09 kA 83,3 m / 40 m —
W16 Q16 : 25 A ; Im 250 A 4G4, 30 m 18,6 A 33,1 A 3,55 % 2,09 kA 53,3 m / 30 m —
Q7 / Q16 — — — — — — — sélectivité partielle, limite 576 A
  1. Explique en une phrase ce que représente chaque colonne de IB à Lmax / L.

  2. Pour W2, la chute de tension cumulée (4,47 %) est la plus forte. Est-elle acceptable ? Justifie.

  3. Explique l’alerte de W7 : que risque-t-on si on l’ignore ?

  4. Explique l’alerte de sélectivité : que se passerait-il, pour l’exploitation de Ternevault, lors d’un court-circuit franc sur W16 ?

  5. Vérifie à la main la valeur Lmax = 53,3 m de W16 (PE de même section que les phases).

  6. Qui décide de la solution retenue, et où doit-elle être écrite ?

Voir le corrigé détaillé

1. Les colonnes.

  • IB : courant que le circuit transporte en service normal.
  • Iz : courant que le câble supporte en permanence dans ses conditions de pose.
  • ΔU cumulée : chute de tension depuis l’origine de l’installation (bornes basse tension de T1) jusqu’au bout du circuit.
  • Icc max (début) : plus fort courant de court-circuit au départ du circuit ; il sert au choix du pouvoir de coupure et à la tenue thermique.
  • Lmax / L : longueur maximale protégée pour la protection des personnes, comparée à la longueur réelle.

2. W2. 4,47 % ≤ 8 % (installation alimentée par un poste privé, autres usages) : acceptable. Le circuit alimente une résistance et des électroaimants, pas d’éclairage ; la limite de 6 % ne s’applique pas.

3. Alerte de W7. L > Lmax : en cas de défaut d’isolement au bout de W7, le courant de défaut (environ 674 A) peut rester sous le seuil de déclenchement rapide de Q7 (jusqu’à 768 A avec la tolérance). Q7 ne couperait alors que sur son long retard, beaucoup plus lentement : les masses du TD-L3 resteraient sous une tension dangereuse trop longtemps. L’ignorer, c’est accepter un risque pour les personnes.

4. Alerte de sélectivité. Pour un court-circuit franc sur W16 (jusqu’à 2,09 kA au départ de W16), Q16 et Q7 peuvent s’ouvrir : toute la ligne 3 s’arrête (convoyeurs, armoire ARM-L3, départ n° 2) au lieu du seul palettiseur. Ternevault perd de la production et le diagnostic est plus long.

5. Lmax de W16. Ia = 1,2 × 250 = 300 A ; m = 1. Lmax = 0,8 × 230 × 4 / (0,023 × 2 × 300) = 736 / 13,8 ≈ 53,3 m. Conforme à la note.

6. Décision. Inès propose ; Antoine Rivaud, responsable du bureau d’études, valide la solution technique ; comme elle touche un appareil du TGBT de Ternevault, le client (Thierry Bouvet, chargé d’exploitation électrique) doit l’accepter. La solution est écrite dans la note de calcul (nouvel indice, avec la réponse à chaque alerte) et dans le dossier du projet.

Exercice 5

Courants de court-circuit et pouvoirs de coupure

Calcul
De la source au TD-L3
Exercice 5 : de la source au TD-L3 Réseau HTA Psc : 250 MVA, 500 MVA ou « infinie » T1 (U20 = 410 V) Rs 2,02 mΩ Xs 9,88 mΩ TGBT Q0 : PdC 25 kA Q7 : PdC 36 kA TD-L3 appareils PdC 10 kA W7 : 16 mm² Cu, 95 m Câble : R = ρ L / S avec ρ = 0,018 51 Ω·mm²/m ; X = 0,08 mΩ/m. Réseau ramené en BT : Za = U20² / Psc, assimilée à une réactance.
Réseau HTA de puissance de court-circuit Psc, transformateur T1 (Rs 2,02 mΩ, Xs 9,88 mΩ, U20 = 410 V), TGBT avec Q0 (PdC 25 kA) et Q7 (PdC 36 kA), câble W7 de 16 mm² et 95 m, TD-L3 (appareils de PdC 10 kA).
  1. Calcule l’impédance Za du réseau ramenée en basse tension pour Psc = 250 MVA et pour Psc = 500 MVA (en mΩ).

  2. Calcule le courant de court-circuit triphasé maximal au TGBT dans les trois cas : Psc = 250 MVA, 500 MVA et réseau de puissance infinie.

  3. Q0 et Q7 conviennent-ils ? Quelle hypothèse sur Psc est la plus prudente pour ce contrôle ? Pourquoi ?

  4. Avec Psc = 500 MVA, calcule le courant de court-circuit maximal au TD-L3. Les appareils de 10 kA conviennent-ils ?

  5. On étudie le remplacement de T1 par un transformateur hypothétique de 1 000 kVA, 410 V à vide, ucc = 5 %, pertes dues à la charge Pk = 7 400 W. Calcule son courant nominal secondaire, sa résistance Rs = Pk / (3 I2n²), son impédance Zt = ucc × U20² / Sn et sa réactance Xt. Calcule le nouveau courant de court-circuit au TGBT (Psc = 500 MVA) et conclus pour Q0.

Voir le corrigé détaillé

1. Réseau amont. Za = U20² / Psc = 410² / Psc = 168 100 / Psc.

  • 250 MVA : 168 100 / 250 000 000 ≈ 0,000 672 Ω = 0,672 mΩ ;
  • 500 MVA : 0,336 mΩ.

2. Courant au TGBT. R = 2,02 mΩ ; X = 9,88 mΩ + Xa.

Courant de court-circuit maximal au TGBT
Psc X (mΩ) Z (mΩ) Icc = 410 / (√3 Z)
250 MVA 10,55 10,74 22,0 kA
500 MVA 10,22 10,41 22,7 kA
infinie 9,88 10,08 23,5 kA

Détail pour 500 MVA : Z = √(2,02² + 10,22²) ≈ 10,41 mΩ ; √3 × Z ≈ 18,04 mΩ ; Icc = 410 / 0,018 04 ≈ 22 730 A.

3. Contrôle. Q0 (25 kA) et Q7 (36 kA) ont un pouvoir de coupure supérieur à 23,5 kA : ils conviennent dans les trois cas. L’hypothèse la plus prudente pour vérifier un pouvoir de coupure est celle qui donne le courant le plus fort : réseau de puissance infinie. Si l’appareil convient dans ce cas, il convient quel que soit le réseau.

4. Au TD-L3. W7 : R = 0,018 51 × 95 / 16 ≈ 109,9 mΩ ; X = 0,08 × 95 = 7,6 mΩ. R = 2,02 + 109,9 ≈ 111,9 mΩ ; X = 10,22 + 7,6 = 17,8 mΩ ; Z ≈ 113,3 mΩ. Icc = 410 / (1,732 × 0,1133) ≈ 2,09 kA : des appareils de 10 kA conviennent largement.

5. Transformateur à ucc = 5 %.

  • I2n = Sn / (√3 × U20) = 1 000 000 / (1,732 × 410) ≈ 1 408 A ;
  • Rs = 7 400 / (3 × 1 408²) ≈ 1,244 mΩ ;
  • Zt = 0,05 × 410² / 1 000 000 ≈ 8,405 mΩ ;
  • Xt = √(8,405² − 1,244²) ≈ 8,312 mΩ.

Au TGBT avec 500 MVA : X = 8,312 + 0,336 ≈ 8,649 mΩ ; Z = √(1,244² + 8,649²) ≈ 8,738 mΩ ; Icc = 410 / (1,732 × 0,008 738) ≈ 27,1 kA. 27,1 kA > 25 kA : Q0 ne conviendrait plus ; il faudrait le remplacer ou choisir un transformateur à ucc de 6 %. Q7 (36 kA) resterait correct.

Piège

Le transformateur « meilleur » n'est pas neutre

Un transformateur à plus faible ucc chute moins en tension, mais laisse passer un courant de court-circuit plus fort. Changer la source oblige à refaire toute la simulation.

Exercice 6

Protéger les personnes sur deux départs

Calcul et analyse

Le TD-L3 est en schéma TN-S ; le PE de chaque câble a la même section que les phases. Les disjoncteurs sont de type industriel (tolérance du seuil magnétique : + 20 %).

Deux départs du TD-L3
Exercice 6 : deux départs du TD-L3 TD-L3 (TN-S) Q2 10 A (2 pôles) Im 100 A 3 W2 3G2,5 40 m E5 et Y1 à Y4 230 V Q16 25 A (3 pôles) Im 250 A 4 W16 4G4 30 m palettiseur 400 V Tolérance des déclencheurs magnétiques : ± 20 % (Ia = 1,2 × Im).
Q2 (10 A, Im 100 A) et W2 (3G2,5, 40 m) vers E5 et Y1 à Y4 ; Q16 (25 A, Im 250 A) et W16 (4G4, 30 m) vers le palettiseur.
  1. Pour W2, calcule Rph et RPE, puis le courant de défaut Id par la méthode conventionnelle. Compare-le à Ia = 1,2 × Im.

  2. Calcule la longueur maximale protégée de W2 et conclus.

  3. Fais de même pour W16.

  4. Ostravelle, fournisseur du palettiseur, demande de remplacer Q16 par un disjoncteur de 25 A dont le seuil magnétique vaut Im = 500 A, pour supporter les appels de courant de ses moteurs. Calcule la nouvelle longueur maximale protégée de W16 en 4 mm². Conclus.

  5. Propose deux solutions et calcule la longueur maximale protégée de l’une d’elles.

Voir le corrigé détaillé

1. W2. Rph = RPE = 0,023 × 40 / 2,5 = 0,368 Ω. Id = 0,8 × 230 / (0,368 + 0,368) = 184 / 0,736 = 250 A. Ia = 1,2 × 100 = 120 A. 250 A ≥ 120 A : Q2 déclenche rapidement.

2. Lmax de W2. Lmax = 0,8 × 230 × 2,5 / (0,023 × 2 × 120) = 460 / 5,52 ≈ 83,3 m ≥ 40 m : protégé.

3. W16. Rph = RPE = 0,023 × 30 / 4 = 0,1725 Ω ; Id = 184 / 0,345 ≈ 533 A ≥ Ia = 300 A. Lmax = 736 / 13,8 ≈ 53,3 m ≥ 30 m : protégé.

4. Q16 à Im = 500 A. Ia = 1,2 × 500 = 600 A ; Lmax = 736 / (0,023 × 2 × 600) = 736 / 27,6 ≈ 26,7 m < 30 m. Le courant de défaut (533 A) peut rester sous le seuil : W16 n’est plus protégé.

5. Deux solutions.

  • Augmenter la section : en 6 mm², Lmax = 0,8 × 230 × 6 / (0,023 × 2 × 600) = 1 104 / 27,6 = 40,0 m ≥ 30 m.
  • Ajouter un dispositif différentiel sur le départ (il détecte le courant de défaut, même faible) ; ou vérifier avec Ostravelle si le seuil de 250 A suffit réellement à ses appels de courant.

La solution est décidée par le bureau d’études avec Ostravelle, puis la note de calcul passe à un nouvel indice.

Exercice 7

Lire des courbes de déclenchement

Analyse

Voici les courbes de Q7 et de Q16 avec le premier réglage de Q7 (indice A : Ir = 64 A ; Isd = 640 A sans temporisation). Le seuil de court retard de Q7 a une tolérance de ± 10 % ; le seuil magnétique de Q16, de ± 20 %.

Q7 réglé à Isd 640 A sans retard, et Q16
Exercice 7 : Q7 réglé à Isd 640 A sans retard 10 100 1 000 10 000 0,01 0,1 1 10 100 1 000 10 000 courant (A), échelle logarithmique temps (s) Q16 (25 A) Im 200 à 300 A Q7 (Ir 64 A) Isd 640 A sans retard Icc C ≈ 0,94 kA Icc B ≈ 2,09 kA Trait plein : Q16 ; tirets : Q7. Courbes simplifiées, données de notices fictives.
Q16 : déclenchement magnétique entre 200 et 300 A. Q7 : long retard 64 A, court retard 640 A sans temporisation. Icc maximal : 0,94 kA au point C, 2,09 kA au point B.
  1. Lis sur les courbes le temps de déclenchement de Q16 et celui de Q7 pour une surcharge de 100 A sur W16. Les deux appareils sont-ils sélectifs pour cette surcharge ?

  2. Entre quelles valeurs de courant Q7 peut-il déclencher sur son court retard ? Et Q16 sur son seuil magnétique ?

  3. Un court-circuit franc se produit au bout de W16 (point C, 0,94 kA). Quels disjoncteurs peuvent s’ouvrir ? Conséquence pour la ligne 3 ?

  4. Détermine la limite de sélectivité de ce couple. La sélectivité est-elle totale ou partielle ?

  5. Quelle modification de réglage de Q7 rend la sélectivité totale, sans changer de matériel ? Justifie avec les valeurs du point B.

Voir le corrigé détaillé

1. Surcharge de 100 A. Sur les courbes : Q16 déclenche en environ 70 s ; Q7, en environ 2 000 s. Q16 coupe bien avant Q7 : sélectivité pour cette surcharge.

2. Plages de déclenchement. Q7 (court retard) : 640 A ± 10 %, soit 576 à 704 A. Q16 (magnétique) : 250 A ± 20 %, soit 200 à 300 A.

3. Court-circuit au point C (0,94 kA). 0,94 kA dépasse le seuil magnétique de Q16 et le seuil de court retard de Q7 (704 A au plus). Q7 n’a pas de temporisation : les deux appareils déclenchent presque en même temps. Toute la ligne 3 s’arrête alors que seul le palettiseur est en défaut.

4. Limite de sélectivité. Tant que le courant de défaut reste sous 576 A (plus petit seuil possible de Q7), seul Q16 s’ouvre. Au-dessus, la sélectivité n’est plus garantie. Comme le courant de défaut en aval de Q16 peut atteindre 2,09 kA, la sélectivité est partielle, de limite environ 576 A.

5. Modification. Temporiser le court retard de Q7 : tsd = 0,1 s. Q16 coupe en environ 10 ms ; Q7 attend 0,1 s. Il faut aussi que le défaut maximal en aval de Q16 reste sous l’instantané de Q7 : 2 400 A − 10 % = 2 160 A > 2,09 kA (point B). La sélectivité devient totale pour les courts-circuits francs. Dans la note, Inès abaisse en plus Isd à 6 × Ir = 384 A pour régler l’alerte de protection des personnes (cours) : son seuil minimal (346 A) reste au-dessus du seuil maximal de Q16 (300 A), ce qui évite tout chevauchement des courbes. À 5 × Ir (320 A, soit 288 A au minimum), les courbes se chevaucheraient entre 288 et 300 A.

Exercice 8

Une alerte qui n’en est pas une

Calcul et analyse

Pour les bornes de Ternevault (exercice 3), un collègue a saisi WB en 35 mm². La note affiche :

TD-IRVE : Icc max = 18,65 kA. Alerte : pouvoir de coupure insuffisant pour QB0 à QB6 (10 kA). ΔU de WB : 0,23 %.

Il propose de commander des disjoncteurs de 25 kA pour tout le coffret.

  1. Sans logiciel, estime un majorant du courant de court-circuit au TD-IRVE en ne gardant que la résistance de WB (85 m, 35 mm², ρ = 0,018 51 Ω·mm²/m). Que conclus-tu ?

  2. Compare aussi la chute de tension affichée à celle que tu as calculée à l’exercice 3. Quelle erreur de saisie explique les deux résultats ?

  3. Recalcule le courant de court-circuit au TD-IRVE avec la bonne longueur : point A (Psc = 500 MVA) : R = 2,02 mΩ, X = 10,22 mΩ ; ajoute WB.

  4. Faut-il changer les disjoncteurs ? Rédige la réponse au collègue (4 à 5 lignes).

  5. Quelle règle de contrôle aurait évité ce problème ?

Voir le corrigé détaillé

1. Majorant. RWB = 0,018 51 × 85 / 35 ≈ 0,045 Ω = 45,0 mΩ. Même sans T1 ni réseau, Icc ≤ 410 / (1,732 × 0,045) ≈ 5,3 kA. Un résultat de 18,65 kA est impossible : la saisie est fausse.

2. Chute de tension. À l’exercice 3, ΔU = 2,25 % pour 85 m en 35 mm². La note affiche 0,23 %, dix fois moins. Les deux écarts s’expliquent par une longueur dix fois trop petite : 8,5 m au lieu de 85 m (virgule mal placée).

3. Bon calcul. WB : R = 45,0 mΩ ; X = 0,08 × 85 = 6,8 mΩ. R = 2,02 + 45,0 ≈ 47,0 mΩ ; X = 10,22 + 6,8 ≈ 17,0 mΩ ; Z = √(47,0² + 17,0²) ≈ 50,0 mΩ. Icc = 410 / (1,732 × 0,0500) ≈ 4,74 kA.

4. Réponse au collègue.

L’alerte vient d’une erreur de saisie : WB est saisi à 8,5 m au lieu de 85 m (plan d’implantation). Avec la bonne longueur, le courant de court-circuit au TD-IRVE vaut environ 4,7 kA, sous le pouvoir de coupure de 10 kA des appareils prévus, et la chute de tension de WB vaut 2,25 %. Il n’y a donc pas lieu de commander des disjoncteurs de 25 kA. J’ai corrigé la longueur ; la note passe à l’indice suivant.

5. Règle. Contrôler les ordres de grandeur et relire les données avant de traiter une alerte : un calcul de majorant de deux lignes suffisait. Une alerte se traite d’abord en vérifiant les données, jamais en changeant de matériel.

Exercice 9

La recharge du pôle Quervany

Calcul et analyse

Le pôle tertiaire de Quervany est raccordé au réseau public basse tension (180 kVA) en schéma TT (schéma de liaison à la terre où les masses sont reliées à une prise de terre distincte de celle du neutre du distributeur, U4-11). Le départ Q5 du TGBT, disjoncteur de 80 A, alimente le coffret TD-IRVE par un câble de 60 m. Le gestionnaire de charge A1 limite les 8 bornes de 11 kW à 44 kW (cos φ = 1). La borne la plus éloignée, B8, est à 35 m du coffret (câble 5G6, 11 kW).

La recharge du pôle Quervany
Exercice 9 : la recharge du pôle Quervany réseau public BT, 180 kVA (TT) Q0 TGBT Q5 80 A 5 câble Cu PR 60 m, section à choisir TD-IRVE TC + gestionnaire A1 : 44 kW ; départs différentiels Q51 à Q58 B8, la plus éloignée : 35 m, câble 5G6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
Réseau public BT 180 kVA, Q0, TGBT, Q5 (80 A), câble de 60 m, coffret TD-IRVE avec TC, gestionnaire A1 (44 kW), départs différentiels Q51 à Q58 vers B1 à B8.
Courants admissibles corrigés affichés par la note (fictifs)
Section 16 mm² 25 mm² 35 mm²
Iz corrigé 76 A 98 A 120 A

On néglige la chute de tension entre le point de livraison et le TGBT.

  1. Quelle est la limite de chute de tension pour les bornes ? Pourquoi n’est-ce pas la même qu’à Ternevault ?

  2. Calcule le courant d’emploi du câble et celui d’une borne.

  3. Pour chaque section, vérifie IB ≤ In ≤ Iz et calcule la chute de tension cumulée jusqu’à B8.

  4. La notice de Q5 (fictive) indique une énergie limitée de 0,25 × 106 A²s au plus. Vérifie la contrainte thermique pour la section techniquement minimale (k = 143).

  5. Une étude de coût (MATH-05, « Les fonctions et leurs dérivées ») conseille 35 mm². Quelle section retiens-tu ? Justifie.

  6. En schéma TT, le logiciel ne calcule pas de longueur maximale protégée pour ce câble. Pourquoi ?

  7. L’article 5.4 du CCTP demandait que les 8 bornes délivrent 11 kW simultanément (U4-09). Calcule le courant correspondant et explique pourquoi la simulation confirme la question posée au maître d’œuvre.

Voir le corrigé détaillé

1. Limite. Quervany est alimenté par le réseau public basse tension : la limite courante est 5 % pour les usages autres que l’éclairage (3 % pour l’éclairage), comptée depuis le point de livraison. Ternevault dispose de son poste privé : la limite y est de 8 %, car l’origine de l’installation est aux bornes de son propre transformateur.

2. Courants. Câble : I = 44 000 / (1,732 × 400) ≈ 63,5 A. Une borne : 11 000 / 692,8 ≈ 15,9 A.

3. Conditions et chutes. Borne B8 : R = 0,0225 × 35 / 6 ≈ 0,131 Ω ; ΔU = 1,732 × 15,9 × 0,131 ≈ 3,61 V, soit 0,90 %.

Choix de la section du câble du TD-IRVE (60 m, 63,5 A)
Section IB ≤ 80 A ≤ Iz R (Ω) ΔU câble Cumul jusqu’à B8
16 mm² non (80 > 76 A) 0,0844 2,32 % 3,22 %
25 mm² oui (98 A) 0,0540 1,49 % 2,39 %
35 mm² oui (120 A) 0,0386 1,06 % 1,96 %

Exemple pour 25 mm² : R = 0,0225 × 60 / 25 = 0,054 Ω ; ΔU = 1,732 × 63,5 × 0,054 ≈ 5,94 V, soit 1,49 %.

4. Contrainte thermique (25 mm²). k² S² = 143² × 25² = 20 449 × 625 ≈ 12,8 × 106 A²s ≥ 0,25 × 106 A²s : le câble tient.

5. Choix. La section techniquement minimale est 25 mm². L’étude de coût de MATH-05 (pertes par effet Joule sur la durée de vie) conseille 35 mm² : elle respecte aussi toutes les conditions techniques et réduit les pertes. On retient 35 mm², en l’écrivant dans la note (choix économique, pas obligation normative).

6. Schéma TT. En TT, le courant de défaut passe par la terre ; il est faible et ne fait pas déclencher un disjoncteur sur son seuil magnétique. La protection des personnes est assurée par des dispositifs différentiels (ici les départs Q51 à Q58, et en amont selon l’installation), pas par la longueur du câble (U4-11).

7. Article 5.4. 8 × 11 kW = 88 kW, soit 88 000 / 692,8 ≈ 127 A : plus que le calibre de Q5 (80 A) et que l’Iz du câble de 35 mm² (120 A). La simulation confirme que l’article 5.4 est incompatible avec l’installation prévue et avec l’article 5.5 (gestionnaire de charge) : la question écrite au maître d’œuvre (U4-09) était justifiée.

Exercice 10

Entraînement E7 : la revue de projet de la ligne 3

Entraînement E7

Mise en situation. Pour son projet, Inès présente au jury la simulation de l’alimentation de la ligne 3 de Ternevault : le câble W7 depuis le départ Q7 du TGBT, le tableau TD-L3 et ses départs. La revue de projet comprend un exposé de 20 minutes et un entretien de 20 minutes. Tu prépares les supports écrits. Durée conseillée : 1 h 30.

Annexe 1 — Schéma unifilaire du modèle : voir le schéma « Le modèle de la ligne 3 dans le logiciel » du cours (points A, B, C).

Annexe 2 — Note TER-L3-NC, indice B du vendredi 22/01/2027 (extrait, fictif)

Hypothèses et résultats de l’indice B
Élément Valeur
Hypothèses Psc = 500 MVA ; 35 °C ; 3 circuits groupés ; coefficient 0,72 ; NF C 15-100 série 2024
Q7 160 A, PdC 36 kA ; Ir = 64 A ; Isd = 6 × Ir ; tsd = 0,1 s ; Ii = 2 400 A (± 10 %)
W7 5G16 cuivre PR, 95 m ; IB = 53,1 A (cos φ 0,806) ; Iz = 78,7 A
Courts-circuits maximaux A : 22,7 kA ; B : 2,09 kA ; C : 0,94 kA
Chutes de tension cumulées TD-L3 2,58 % ; palettiseur 3,55 % ; départ n° 2 4,47 %
Protection des personnes (W7) Lmax = 138,9 m
Sélectivité Q7 / Q16 totale
Alertes aucune

Annexe 3 — Le tracé de W7 et sa variante

Le tracé de W7 et sa variante
Exercice 10 : le tracé de W7 et sa variante local TGBT départ Q7 TD-L3 ligne 3 armoire de la ligne 2 allée des chariots tracé de la note (tirets) : 95 m, au-dessus de l'armoire de la ligne 2 variante (trait plein) : 112 m Vue de dessus simplifiée, sans échelle.
Tracé de la note (95 m) au-dessus de l'armoire de la ligne 2 ; variante de 112 m qui contourne l'armoire en longeant l'allée des chariots.

Annexe 4 — Données utiles : coupure d’un court-circuit au TD-L3 par Q7 en 0,15 s au plus (notice fictive) ; k = 143 ; Q16 : seuil magnétique 250 A ± 20 %, coupure en 10 ms environ.

Travail à faire

Partie A — Présenter la simulation

A1. Liste les hypothèses de la note et indique, pour chacune, comment on pourrait la confirmer.

A2. Refais à la main deux résultats de l’annexe 2 : la chute de tension de W7 et le courant de court-circuit au point B.

Partie B — Justifier les choix

B1. Montre que les réglages de Q7 protègent W7 contre les surcharges et protègent les personnes (méthode conventionnelle).

B2. Explique pourquoi la sélectivité Q7 / Q16 est totale.

B3. Vérifie la contrainte thermique de W7 pour un court-circuit au point B.

Partie C — Produire le document technique

C1. Rédige la fiche de réglage de Q7 destinée à la mise en service : repère, valeurs, état de l’appareil pendant le réglage, qui règle, qui contrôle, où l’on note le résultat.

Partie D — Répondre aux questions du jury

D1. « Le chef de chantier préfère ne pas faire passer W7 au-dessus de l’armoire de la ligne 2. Avec la variante de 112 m, vos conclusions tiennent-elles ? » Recalcule ce qui change (chute de tension de W7 et cumul au départ n° 2, courant de défaut conventionnel, Icc au point B, sélectivité, contrainte thermique).

D2. « Pourquoi ne pas avoir pris du 25 mm² par sécurité ? »

D3. « Comment saurez-vous, après la mise en service, que votre simulation était juste ? »

Voir le corrigé détaillé

Partie A — Présenter la simulation

A1. Hypothèses et confirmation.

Hypothèses de la note et moyen de les confirmer
Hypothèse Comment la confirmer
Psc = 500 MVA demander la valeur au gestionnaire du réseau (par Ternevault, titulaire du raccordement)
35 °C dans l’atelier CCTP (5 à 35 °C) et relevés de température de Ternevault en été
3 circuits groupés plan des chemins de câbles validé par le chef de chantier
coefficient 0,72 bilan de U4-04 ; mesures après mise en service (U5-02)
longueur de W7 : 95 m plan d’implantation, puis métré du chantier
NF C 15-100, série 2024 marché de Ternevault (U6-03)

A2. Calculs de contrôle.

  • ΔU de W7 : R = 0,0225 × 95 / 16 ≈ 0,1336 Ω ; X = 0,0076 Ω ; R cos φ + X sin φ ≈ 0,1077 + 0,0045 = 0,1122 Ω ; ΔU = 1,732 × 53,1 × 0,1122 ≈ 10,3 V, soit 2,58 %.
  • Icc au point B : R = 2,02 + 109,9 = 111,9 mΩ ; X = 9,88 + 0,34 + 7,6 = 17,8 mΩ ; Z ≈ 113,3 mΩ ; Icc = 410 / (1,732 × 0,1133) ≈ 2,09 kA.

Partie B — Justifier les choix

B1. Surcharges et personnes.

  • Surcharges : IB = 53,1 A ≤ Ir = 64 A ≤ Iz = 78,7 A.
  • Personnes : Rph = RPE = 0,023 × 95 / 16 ≈ 0,1366 Ω ; Id = 184 / 0,2731 ≈ 674 A ; Ia = 1,2 × 384 ≈ 461 A ; 674 ≥ 461 A. En longueur : Lmax = 0,8 × 230 × 16 / (0,023 × 2 × 460,8) ≈ 138,9 m ≥ 95 m.

B2. Sélectivité totale. Q16 déclenche entre 200 et 300 A en environ 10 ms. Q7 ne peut déclencher sur son court retard qu’à partir de 346 A (384 A − 10 %), au-dessus du seuil maximal de Q16 (300 A), et seulement après 0,1 s : Q16 a déjà coupé. Q7 ne déclenche sans attendre qu’au-delà de son instantané, au minimum 2 160 A ; or un défaut en aval de Q16 ne dépasse jamais 2,09 kA (valeur au point B, juste en aval de Q16). En surcharge, les courbes long retard (64 A et 25 A) sont bien séparées. La sélectivité est donc totale.

B3. Contrainte thermique. I² t = 2 090² × 0,15 ≈ 6,5 × 105 A²s ; k² S² = 143² × 16² ≈ 5,23 × 106 A²s : W7 tient.

Partie C — Fiche de réglage de Q7

Fiche de réglage — départ Q7 du TGBT de Ternevault (note TER-L3-NC, indice B) Appareil : disjoncteur 4 pôles 160 A, déclencheur électronique. Réglages à appliquer : long retard Ir = 64 A (0,4 × In) ; court retard Isd = 6 × Ir = 384 A ; temporisation tsd = 0,1 s ; instantané fixe 2 400 A (non réglable). Conditions : réglage le samedi 15/05/2027, Q7 consigné par le chargé de consignation désigné ; réglage fait par une personne habilitée de Calvérac désignée par le chargé de travaux. Contrôle : seconde lecture des réglages par le chargé de travaux ; photo de la face avant. Enregistrement : valeurs relevées, date, noms et signatures sur cette fiche, reportées dans le procès-verbal de mise en service et le dossier des ouvrages exécutés ; information de Thierry Bouvet, chargé d’exploitation électrique.

Partie D — Questions du jury

D1. Variante de 112 m.

Ce qui change avec 112 m
Grandeur 95 m 112 m Conclusion
ΔU de W7 2,58 % 3,04 %
ΔU cumulée au départ n° 2 4,47 % 4,93 % ≤ 8 % : conforme
Id conventionnel 674 A 571 A ≥ 461 A : protégé (Lmax 138,9 m ≥ 112 m)
Icc maximal au point B 2,09 kA 1,78 kA < 2 160 A : sélectivité totale
I² t au point B (0,15 s) 6,5 × 105 A²s 4,8 × 105 A²s < 5,23 × 106 A²s : tient

Détail : R = 0,0225 × 112 / 16 = 0,1575 Ω, X = 0,009 Ω, ΔU ≈ 12,2 V soit 3,04 % ; Id = 0,8 × 230 × 16 / (0,023 × 2 × 112) ≈ 571 A. Les conclusions tiennent, à condition que le nouveau tracé ne change ni la température ni le groupement ; sinon Iz est à recalculer. La note passe à l’indice C avec la nouvelle longueur.

D2. Pourquoi pas 25 mm². Le 16 mm² respecte toutes les conditions avec l’option B. Le 25 mm² coûterait environ 513 € HT de câble en plus (prix fictifs), serait plus lourd à tirer et, surtout, ferait monter le courant de court-circuit au TD-L3 à 3,18 kA, au-dessus de l’instantané de Q7 : la sélectivité deviendrait partielle. « Plus gros » n’est pas toujours « plus sûr ».

D3. Après la mise en service. Par des mesures faites par une personne habilitée (U5-02) : tension au TGBT et au TD-L3 en production (écart attendu d’environ 10 V à pleine charge), courant de W7 (au plus 53 A environ), éventuellement une thermographie. On vérifie aussi que les réglages de Q7 relevés correspondent à la fiche. Un écart important signale une hypothèse fausse (coefficient, puissance) : on met la note à jour.

Astuce

À l'oral

Commence par l’objectif (alimenter la ligne 3 en sécurité, sans arrêter les lignes 1 et 2), puis les hypothèses, les résultats, l’alerte de l’indice A et sa solution. Garde tes calculs de contrôle à portée de main : ce sont eux qui convainquent le jury.

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