Le dimensionnement d'un tableau électrique triphasé industriel est une étape cruciale pour garantir la sécurité et la performance de votre installation. Une conception inadéquate peut conduire à des surcharges, des pannes, des risques d'incendie et des arrêts de production coûteux. Ce guide complet vous accompagnera pas à pas dans le processus de dimensionnement, en vous fournissant les informations nécessaires pour une installation conforme aux normes de sécurité, notamment la norme NF C 15-100 et les recommandations de la C15-100.
Nous allons aborder les aspects techniques, les méthodes de calcul et les meilleures pratiques pour un dimensionnement optimal, axé sur l'efficacité énergétique et la sécurité.
Analyse de la charge électrique
Avant de choisir les composants du tableau électrique, une analyse détaillée de la charge est indispensable. Cette étape déterminera la puissance nécessaire pour alimenter tous les équipements connectés au tableau.
Identification des charges et puissances
Recensez méthodiquement tous les équipements et machines connectés au tableau : moteurs électriques (puissance en kW et kVA, courant nominal, facteur de puissance), éclairages industriels (LED, halogènes…), variateurs de vitesse, transformateurs, postes de soudage, automates programmables industriels (API), etc. Pour chaque équipement, notez précisément sa puissance nominale, son courant nominal et son facteur de puissance. Un tableur est un outil pratique pour organiser ces informations. Par exemple, un moteur de 15 kW peut avoir un courant nominal de 25 A et un facteur de puissance de 0.8.
- Moteurs asynchrones: Prévoir un courant de démarrage pouvant atteindre 6 à 8 fois le courant nominal.
- Variateurs de vitesse: Considérer l'impact des harmoniques sur le choix des composants du tableau.
- Ordinateurs et équipements informatiques: Tenir compte de la consommation à la fois des serveurs et des périphériques.
Calcul de la puissance totale et du courant
Le calcul de la puissance totale nécessite de distinguer la puissance apparente (kVA), la puissance active (kW) et la puissance réactive (kVAr). La puissance apparente est la somme vectorielle des puissances de chaque appareil. La puissance active représente la puissance réellement consommée, tandis que la puissance réactive est liée à l'énergie stockée par les condensateurs ou les selfs. Un facteur de puissance faible (par exemple, 0.7) augmente la puissance apparente et nécessite un dimensionnement plus important des câbles et des disjoncteurs. Pour un système triphasé, le calcul du courant se fait en utilisant la formule : I = P / (√3 x U x cosφ), où I est le courant, P la puissance active, U la tension et cosφ le facteur de puissance.
L'utilisation de coefficients de simultanéité est essentielle pour tenir compte du fait que tous les équipements ne fonctionnent pas simultanément. Un coefficient de simultanéité de 0.8 signifie que seulement 80% des équipements fonctionnent simultanément au maximum. Par exemple, si la puissance totale calculée est de 100 kW, avec un coefficient de 0.8, la puissance à considérer pour le dimensionnement sera de 80 kW.
Influence des harmoniques
Les charges non-linéaires (variateurs de vitesse, alimentations à découpage, etc.) génèrent des harmoniques qui peuvent perturber le réseau et endommager les équipements. L'analyse harmonique est nécessaire pour évaluer l'impact de ces harmoniques et choisir des composants du tableau adaptés, notamment des disjoncteurs et des transformateurs capables de supporter les courants harmoniques. Un filtre harmonique peut être nécessaire pour limiter les perturbations.
Analyse de la courbe de charge
Pour un dimensionnement optimal, une analyse de la courbe de charge sur une période représentative (24h, une semaine) permet d'identifier les pics de demande et d'optimiser le dimensionnement des équipements. L'utilisation de logiciels spécialisés permet de simuler la consommation électrique et de prédire les pics de charge. Le facteur de charge, rapport entre la consommation moyenne et la consommation maximale, est un indicateur important pour l'optimisation du dimensionnement. Un facteur de charge faible indique une consommation irrégulière avec des pics importants.
Sélection et dimensionnement des équipements
Après l'analyse de la charge, sélectionnez les équipements du tableau électrique en fonction des résultats obtenus et en respectant les normes de sécurité. La norme NF C 15-100 fournit des indications précises sur le choix des équipements.
Disjoncteur général (principal)
Le disjoncteur général protège le tableau et le réseau électrique contre les surcharges et les courts-circuits. Son courant nominal doit être supérieur au courant total calculé lors de l'analyse de la charge. La puissance de coupure (Icu) doit être suffisante pour interrompre le courant de court-circuit. Pour une installation industrielle moyenne (par exemple, 100 kW), un disjoncteur de 250A avec une puissance de coupure de 50kA pourrait être adapté. Le choix du type de disjoncteur (magnétothermique, électronique) dépend des besoins spécifiques de l'installation.
Disjoncteurs de branche
Chaque circuit alimenté par le tableau doit être protégé par un disjoncteur de branche. Le courant nominal de chaque disjoncteur doit être adapté à la charge du circuit. Des protections magnétothermiques protègent contre les surintensités, tandis que des protections différentielles protègent contre les fuites de courant. Il est important de coordonner les protections pour éviter des déclenchements intempestifs. Par exemple, pour un circuit de 20A, un disjoncteur magnétothermique de 25A serait approprié.
- Courant nominal: Choisir un courant nominal légèrement supérieur au courant maximum prévu pour le circuit.
- Courbe de déclenchement: Sélectionner la courbe de déclenchement appropriée en fonction de la nature de la charge (courbe B, C ou D).
- Puissance de coupure: Vérifier que la puissance de coupure du disjoncteur est suffisante pour les courts-circuits possibles.
Barres omnibus et borniers
Les barres omnibus constituent le cœur du tableau électrique. Leur section doit être suffisante pour supporter le courant total. Le choix du matériau (cuivre ou aluminium) dépend de la puissance et des contraintes de l’installation. Pour une installation de 100 kW, des barres omnibus en cuivre de section 100 mm² pourraient être utilisées. Les borniers assurent les connexions entre les équipements et les barres omnibus. Leur choix dépend du nombre de connexions et du type de conducteurs.
Autres composants
D’autres composants sont essentiels : les parafoudres protègent contre les surtensions, les relais de protection permettent une surveillance et une protection plus sophistiquée, les compteurs d'énergie mesurent la consommation électrique. Le choix de ces composants doit être adapté aux exigences spécifiques de l'installation. Un système de surveillance et d’acquisition de données (SCADA) peut être intégré pour une meilleure gestion de l'énergie.
Optimisation des coûts
L’optimisation du choix des équipements permet de réduire les coûts tout en garantissant la sécurité et la fiabilité. Une analyse coût-efficacité est importante, en comparant les différents types de disjoncteurs, de barres omnibus, et en tenant compte du coût de l’installation et de la maintenance. L’utilisation de composants de fabricants reconnus garantit une fiabilité accrue.
Aspects pratiques et considérations additionnelles
Des aspects pratiques et des considérations supplémentaires sont importants pour une installation réussie et sécurisée.
Schéma unifilaire
Un schéma unifilaire détaillé est indispensable pour la conception, l’installation et la maintenance du tableau électrique. Il doit indiquer clairement le cheminement des câbles, le type et la puissance des équipements, ainsi que les protections utilisées. Ce document sert de référence pour toute intervention sur le tableau.
Implantation physique
L'emplacement du tableau doit être facilement accessible pour la maintenance et respecter les normes de sécurité (ventilation, distance des matériaux inflammables, etc.). L'espace disponible doit être suffisant pour une installation ordonnée et facile d’entretien. Des marquages clairs et précis sur les câbles et les équipements facilitent l’identification et la maintenance.
Maintenance préventive et inspections
Des inspections régulières et un plan de maintenance préventive sont essentiels pour garantir la sécurité et la durée de vie du tableau. Cela inclut des vérifications des connexions, des tests des disjoncteurs, et le nettoyage du tableau. Un registre de maintenance doit être tenu à jour.
Cas spéciaux
Certaines applications spécifiques (moteurs à haute puissance, alimentations à courant continu, charges avec fortes harmoniques) nécessitent une analyse plus poussée et des solutions techniques adaptées. Des études spécifiques peuvent être nécessaires pour garantir la sécurité et la performance de l’installation.
Le dimensionnement d'un tableau électrique triphasé industriel est un processus technique complexe qui nécessite une expertise et une attention particulière à chaque étape. Une installation bien dimensionnée et entretenue garantit la sécurité des personnes et des biens, et assure le bon fonctionnement de l’installation industrielle.