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Equilibrage des phases en triphasé Patrick Prin Version de Février 2017

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Page 1: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Equilibrage des

phases en triphasé

Patrick Prin

Version de Février 2017

Page 2: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Introduction et avant-propos

Ce document a uniquement pour but d’aider les personnes devant équilibrer les phases et donc optimiser leur consommation d’électricité dans une installation en triphasé. La raison de cette optimisation est qu’un dépassement de la puissance attribuée au disjoncteur de branchement EDF, entraine son déclenchement.

Il fait la synthèse d’une expérience pratique et de lectures d’ouvrages spécialisés en électricité et installations électriques.

Il ne prétend pas résoudre tous les problèmes liés à l’équilibrage de phases, mais peut être considéré comme une aide documentaire pour y parvenir.

Une alternative à l’équilibrage de phases peut-être de passer d’un abonnement triphasé à un abonnement monophasé, cela sera abordé brièvement dans ce document. Et cela n’est pas toujours possible.

Une autre solution peut-être de demander une augmentation de puissance à l’EDF, mais elle ne doit être envisagée qu’en dernier recours et n’est la plupart du temps pas nécessaire.

Page 3: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Qu’est-ce que le courant

triphasé

Le courant triphasé se différencie du monophasé par le fait qu’il est constitué de trois tensions sinusoïdale de même amplitude, et d’une boucle de retour en neutre, qui n’est pas toujours utilisée selon le type d’équipement (moteur triphasé sans neutre le plus souvent).

Ces trois tensions de 230 Volts chacune sont décalées entre elles d’un cent cinquantième de seconde (en France réseau en 50 Hz), et leur combinaison constitue un courant d’environ 400 Volts (soit 230V *√3). Il existait autrefois un réseau triphasé en 230 Volts, mais il a complètement disparu en France, même s’il subsiste encore dans certains pays.

En domestique, le courant triphasé n’a plus vraiment d’utilité excepté pour certaines machines nécessitant ce type d’alimentation, il est toujours présent en France dans nombre d’habitations domestiques principalement pour des raisons historiques.

L’essentiel des nouvelles installations se font en monophasé, mais des installations anciennes vont subsister encore longtemps en triphasé. Au-delà d’une certaine puissance d’abonnement (12kVA ou 60A), les installations ne peuvent être faites qu’en triphasé.

Page 4: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Différence entre monophasé et

triphasé

Une installation de 12kVA (12 kilo VoltAmpères) soit 60A en monophasé est très différente d’une installation de 12kVA en triphasé (3 x 20A), même s’il n’y a pas d’écart de prix pour l’abonnement.

Dans le premier cas, la consommation va se faire jusqu’à ce que le plafond de 12kVA soit atteint.

Dans le second cas, le seuil de consommation est de 4kVA par phase, donc il peut être atteint très rapidement s’il y a consommation élevée sur une phase, même s’il n’y a pas de consommation sur les autres phases.

Dans de nombreuses installations en triphasé, il n’y a pas d’équilibrage de la consommation entre les phases, et l’approche prise est en général de demander une augmentation de la puissance de l’abonnement à l’EDF dès que le disjoncteur de branchement déclenche.

Les installations anciennes en triphasé peuvent être migrées en monophasé, mais cela peut entraîner un coût très important. Il faudra en général refaire le câblage entre le disjoncteur de branchement et le réseau ERDF, donc une tranchée, des travaux significatifs, cela peut-être dissuasif.

De plus le câblage interne devra être revu si la puissance requise dépasse la capacité des conducteurs de phase existants

Page 5: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Les différents abonnements

EDF et prix au 1/1/2017

Il y a un éventail de prix important entre les différents abonnements EDF, en fonction de la puissance et de l’option retenue.

Il faut choisir la puissance en fonction de sa consommation maximale.

L’option Heures Pleines / Heures Creuses est intéressante seulement si une partie importante de la consommation électrique peut être arrêtée en journée, c’est le cas pour des chauffe-eaux et quelquefois pour du chauffage électrique. Un chauffe-eau seul ne justifiera en général pas ce choix. Idem pour l’abonnement Tempo.

A consommation égale le jour et la nuit, il est préférable de prendre le tarif base, l’abonnement étant un peu moins cher.

L’option EJP n’est plus commercialisée par EDF et tend à disparaître progressivement, elle est de moins en moins intéressante car le tarif du KW/h heures creuses est déjà supérieur à celui du tarif bleu HC. Elle n’est rentable que si l’on peut diminuer beaucoup sa consommation les jours de pointe (couper un Pompe à Chaleur par exemple).

Tarifs réglementés EDF au 1/1/2017 en EurosPuissance en Ampères 3 x 15A 3 x 20A 3 x 25A 3 x 30A 3 x 40A 3 x 50A 3 x 60A

Puissance en kVA 9 12 15 18 24 30 36

Abonnement Base 111.35 172.78 199.59 228.56 491.85 594.30 698.64

Abonnement HP/HC 117.50 183.25 212.05 239.84 495.65 599.74 703.07

Abonnement Tempo 116.24 181.98 210.02 237.05 Non disp. 597.21 700.80

Abonnement EJP 110.59 171.39 197.44 223.50 Non disp. Non disp. 697.63

Page 6: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Quelle approche pour

l’équilibre des phases?

Il y a différentes approches possibles pour équilibrer une installation triphasée.

Celle que nous allons aborder dans ce document est basée sur une étude de la consommation des différents appareils raccordés à l’installation et alimentés uniquement en 230 Volts.

En effet, les appareils utilisant le courant triphasé n’ont pas d’impact sur cet équilibrage, puisqu’ils consomment le même ampérage sur chaque phase.

Le point de départ est de faire un inventaire de ces appareils en estimant leur consommation en Ampères ou KW/h.

Pompe à chaleur, Radiateurs électriques, Climatiseurs

Les chauffe-eau à résistance ou thermodynamiques

Moteurs type pompe de piscine ou bain à remous, circulateurs

Lave vaisselle, lave linge, sèche linge

Four, plaques électriques halogènes ou induction, micro-onde, etc…

Congélateurs, réfrigérateurs, etc…

Pour l’éclairage, il faut estimer globalement la consommation par disjoncteur divisionnaire.

Idéalement, il faudra tenir compte du maximum qui peut être atteint par phase en simultané.

Page 7: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Une installation triphasée type

(exemple)

Disjoncteurs ou Interrupteurs différentiels

sectoriels 300ma

Disjoncteurs différentiels

divisionnaires 30ma

Equipementstriphasés

Petitéquipement monophasé

Eclairage etPetit équipement monophasé

EclairagePrises 220V

EclairagePrises 220V

EclairagePrises 220V

Disjoncteur de branchement

N+3P

N+3P N+3P N+3P

N+3P N+3PN+PN+P N+P N+P N+P N+P N+P N+P

Page 8: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Une installation triphasée

type (exemple)

Cette exemple montre une installation triphasée équilibrée

Un abonnement de 18KVA sera suffisant s’il s’agit bien de la consommation maximale par phase à un instant “t” (en simultané)

Il n’est pas utile de prévoir une puissance supérieure

Une protection supplémentaire peut être mise en place à l’aide d’un ou plusieurs délesteurs

Il est également possible d’éviter l’utilisation de certains équipements en simultané pour limiter la puissance maximale nécessaire, par exemple:

• On n’utilisera pas le four et le lave-vaisselle en même temps

• On évitera d’utilise le lave-linge en même temps que les plaques électriques

• Le chauffe-eau peut ne pas fonctionner en journée

• Etc…

en KW/h

Phase 1 Phase 2 Phase 3Pompe à chaleur triphasée 1,6 1,6 1,6

Chauffe-eau triphasé 1 1 1

Sous-total 2,6 2,6 2,6

Appareillage MonophaséFour 2

Plaques induction 1,5

Plaques halogène 1,8

Lave Vaisselle 0,3

Lave Linge 0,4

Sèche Linge 0,3

Réfrigérateur 0,1

Congélateur 0,2

Robot ménager 0,3

Sous-total 2,4 2,1 2,4

Eclairage et prises 220VDisjoncteur divisionnaire 1 0,4

Disjoncteur divisionnaire 2 0,5

Disjoncteur divisionnaire 3 0,5

Disjoncteur divisionnaire 4 0,5

Disjoncteur divisionnaire 5 0,5

Disjoncteur divisionnaire 6 0,3

Sous-total 0,9 1 0,8

Total général 5,9 5,7 5,8

Exemple de consommation d'une

installation triphasée

Page 9: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Répartir la consommation

par phase

Une fois cet inventaire réalisé, il faudra établir un profil de consommation maximale. En général, cela se situe plutôt en hiver et en journée ou soirée, lorsque un nombre élevé d’appareils va fonctionner en simultané.

Ce sera le cas par exemple, si l’on a un ou deux chauffe-eaux monophasés, un ou plusieurs radiateurs électriques, une résille de plancher chauffant. Il faudra de plus faire tourner les machines de nettoyage, et les appareils de cuisine type four, plaques, etc…

En revanche, il n’est pas utile de considérer les climatiseurs ou la pompe de piscine, sauf si celle-ci est utilisée en hiver, bien sûr.

Pour l’électroménager, le mieux est de les répartir sur les différentes phases. On mettra par exemple, le four et le lave-vaisselle sur une phase, les plaques halogènes et le lave linge sur une deuxième phase, l’induction et le sèche-linge sur la troisième phase.

Pour l’éclairage, le plus simple est de répartir les disjoncteurs divisionnaires sur les trois phases, compte-tenu de l’estimation de consommation. On peut considérer que la cuisine, la salle-à manger et le salon, par exemple, vont être utilisés en simultané, donc prévoir de répartir prises et éclairage sur les différentes phases.

Pour les chambres, la consommation y est en général moins élevée donc il y a moins d’intérêt à faire une répartition précise, sauf si elle est facile à réaliser bien sûr.

Page 10: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Contrôler la consommation

par phase

Il peut être difficile de contrôler la consommation par phase, pour

vérifier l’équilibrage, mais voici trois possibilités.

Les compteurs EDF électroniques ont une fonction qui permet de

mesure la consommation instantanée en Watts ou Ampères, on ne

peut toutefois visualiser qu’une seule phase à la fois.

Il est aussi possible d’utiliser un ampèremètre manuel, si les câbles

d’alimentation principaux sont accessibles en sortie du

compteur EDF. L’ampèremètre est muni d’une pince qui entoure

le câble de phase et mesure l’intensité du courant le traversant.

Une autre possibilité est de mettre un ampèremètre enfichable DIN

sur la phase que l’on veut contrôler sur le tableau principal, c’est

une méthode plus coûteuse mais sans doute la plus efficace.

Ampèremètre

portable

Ampèremètre

de tableau

sur rail

DIN

Affichage digital

de consommation

sur compteur

électronique

Page 11: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Consommation ponctuellement

trop forte, que faire?

Si la consommation dépasse ponctuellement la capacité du disjoncteur de branchement sur l’une des phases, le plus simple est d’installer un délesteur sur cette phase.

Le principe du délesteur est de couper une ou plusieurs voies lorsqu’une certaine capacité prédéfinie a été atteinte.

Par exemple, si le délesteur détecte que la phase tire plus de 5000VA (soit ~5750W) pour un contrat de 15kVA, il va couper la voie 1, puis si la capacité est toujours dépassée, il va couper la voie 2, etc…

Voir plus de détail sur le délestage en pages suivantes.

Une autre action possible est d’éviter de faire tourner l’électro-ménager en même temps que le four ou les plaques électriques, cela reste une solution manuelle.

De même, le fait de mettre certains appareils en heures creuses ou de les programmer de nuit par exemple, peux suffire à éviter ce dépassement de capacité en journée.

Enfin, on pourra éviter d’utiliser un éclairage halogène ou à forte intensité en période de consommation importante (grand froid) et si le système principal de chauffage est électrique.

Il est également possible de limiter sa consommation en remplaçant progressivement les ampoules classiques par des ampoules à leds. Au niveau d’une habitation entière, cela peut représenter une baisse de plusieurs KWh et donc éviter d’atteindre le seuil de déclenchement du disjoncteur de branchement.

Page 12: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Rôle du délesteur

Il peut y avoir jusqu’à 4 voies ou circuits de sortie sur un délesteur. Ces voies sont soient coupées dans un ordre fixe prédéfini ou en cascade, soit par rotation ou ordre tournant.

Dans le premier cas, la voie coupée en premier sera toujours la même et elle sera réactivée d’abord, idem pour la seconde, etc…

Dans le second cas, le délesteur est tournant donc les voies se coupent l’une après l’autre, et se rétablissent dans le même ordre.

Le délestage tournant est adaptée dans le cas de radiateurs électriques ou dans le cas d’une chaudière électrique avec plusieurs résistances, lorsqu’il ne faut pas couper toujours la même voie en premier, mais à tour de rôle.

Le délestage hiérarchisé en cascade implique qu’on puisse identifier les appareils dont on a le moins besoin pendant un laps de temps précis (cumulus, radiateurs de certaines pièces, chauffe-eau).

On évitera de délester en premier les appareils électroménagers, ou seulement en dernière priorité pour éviter que le disjoncteur de branchement ne saute dans les cas extrêmes de consommation.

Il est préférable d’utiliser des contacteurs de puissance reliés aux délesteurs qui risquent de s’endommager rapidement et sont relativement onéreux.

Les différentes voies du délesteur seront reliées à un ou plusieurs contacteurs qui pourront être remplacés à moindre coût lorsqu’ils seront hors d’usage.

Page 13: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Principe de fonctionnement

Le délesteur va mesurer la consommation en ampères dans un conducteur de phase par l’intermédiaire de tores qui peuvent être soient intégré au délesteur soit déportés.

Si le tore est intégré au délesteur, cela veut dire qu’il doit être installé directement en sortie du disjoncteur de branchement, ce qui est parfois compliqué.

Dans le cas de tores déportés, ils doivent être positionnés sur les conducteurs de phase en sortie du disjoncteur de branchement, mais le délesteur peut être installé plus en aval.

Il existe également des délesteurs électroniques sans tores qui se branchent directement sur le compteur lorsqu’il est prévu pour ça (compteur électronique seulement).

On peut aussi utiliser un gestionnaire d’énergie qui comporte une fonction de délestage. Cette solution est d’ailleurs préférable lorsqu’il s’agit de commander des radiateurs électrique via leur fil pilote.

La consommation en ampères va être comparée à un seuil maximal qui est normalement paramétrable à des valeurs situées entre 5 et 60 Ampères.

Lorsque la mesure de consommation dépasse le seuil fixé, le délesteur coupe une ou plusieurs voies, jusqu’à ce que la consommation mesurée redescende en dessous du seuil.

On trouve aussi des délesteurs triphasés (coupant une voie sur chaque phase) mais on peut aussi utiliser des délesteurs monophasés que l’on va installer sur chaque phase, ce qui permettra de couper plusieurs voies.

Le pouvoir de coupure des relais d’un délesteur est souvent limité, donc on passe en général par des contacteurs pour couper une phase lorsque la puissance atteint le seuil de délestage, ce qui évite d’endommager les relais internes du délesteur.

Page 14: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Exemple 1: délestage monophasé

Disjoncteur de branchement

Délesteurs

monophasés

3 voies

Tore intégrés

Voie 1Voie 2

Voie 3

Dans cet exemple, on a installé 3 délesteurs 3 voies

en monophasé, un par phase.

Lorsque la capacité maximale du disjoncteur

de branchement sera atteinte sur une phase, on va

délester d’abord le cumulus (boucle sur contacteur),

puis des radiateurs électriques, puis l’électroménager en

dernier recours seulement (voie 3).

Evite le déclenchement du disjoncteur de branchement

Contacteur

N+1P N+1P N+1PN+3P

N+3P

Page 15: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Exemple 2: délestage triphasé

Disjoncteur de branchement

Délesteur

triphasé

1 voie

Tore intégrés

Phase 1

Dans cet autre exemple, on a installé 1 délesteur triphasé.

Lorsque la capacité maximale du disjoncteur

de branchement sera atteinte sur une phase, cette phase

va délester un radiateur électrique et le cumulus par le

biais d’un contacteur de puissance triphasé.

L’avantage par rapport à l’exemple précédent est qu’on

n’utilise qu’un seul appareil au lieu de trois. L’inconvénient

est qu’on est limité à une seule voie de délestage.

Contacteur

N+3P

N+3P

N+3PN+1PN+1PN+1P

Phase 2 Phase 33 Phases

Page 16: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Exemple 3: délestage par teleinformation

Disjoncteur de branchement

Gestionnaire

d’énergie

pour compteur

triphasé

multiphase

Dans cet autre exemple, on a installé 1 gestionnaire

d’énergie qui collecte les données du compteur EDF par

les ports de teleinformation.

Ce gestionnaire a de multiples fonctions dont celle d’un

délesteur pouvant commander plusieurs radiateurs

électriques par le biais de leurs fils pilotes en différents

modes, et des sorties de délestage peuvent être reliées à

des contacteurs de puissance, ici un seul en triphasé pour

couper le chauffe-eau. Nombreuses possibilités de

programmation et d’affichage des consommations en

marge de la fonction de délestage.

Contacteur

N+3P

N+3P

N+3PN+1PN+1PN+1P

Délestage

Fil pilote Fil pilote Fil pilote

Teleinfo2 filsI1 I2

Page 17: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Une alternative: Le passage en

monophasé La méthode la plus radicale lorsqu’on se trouve face à un mauvais

équilibrage de phases, est de passer d’un abonnement triphasé à un abonnement monophasé.

Ce changement est le plus logique si le logement ne comporte pas d’appareils fonctionnant en triphasé, mais ce n’est pas toujours possible, ou peut se révéler assez coûteux s’il faut changer le câblage de raccordement au réseau, et dépendra aussi de la longueur de ce raccordement.

Au dessus de 12kVA, seul un abonnement en triphasé est possible, donc la puissance souscrite doit être prise en compte.

Le fait de passer en monophasé va permettre de pouvoir réduire la puissance de l’abonnement puisque le cumul de l’ensemble de la consommation se fera sur une seule phase.

Il faut en faire la demande à son fournisseur d’énergie qui fera une étude technique et vous soumettra un devis.

Cela peut nécessiter des travaux plus important entre le disjoncteur de branchement et le réseau ERDF. Le problème principal est généralement la section des câbles, puisque le triphasé requiert une section plus faible que le monophasé.

Page 18: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Changements nécessaires pour un

passage en monophasé

Diamètre des conducteurs: il faut vérifier que la section des conducteurs est suffisante pour supporter le monophasé en tenant compte de leur longueur.

Par exemple, un câble de section 2,5mm2 ne supportera que 10A sur une longueur maximale de 50 mètres, ou 20A sur une longueur de 20 mètres. Un section de 4mm2 supportera au maximum 25A sur une longueur de 25 mètres, ou 12,5A sur 50 mètres.

Il faudra revoir également les appareils de protection (disjoncteurs, interrupteurs différentiels, contacteurs, etc…)

Un disjoncteur triphasé peut être utilisé en monophasé en pontant les trois phases, ou en utilisant seulement l’une des trois phases

Un disjoncteur (ou interrupteur) triphasé différentiel pourra être utilisé en utilisant la phase la plus proche du neutre. C’est un cas général, il peut y avoir des exceptions chez certains constructeurs

Un contacteur triphasé peut-être utilisé en monophasé sans aucun problème.

A moyen terme, on pourra remplacer cet équipement triphasé par un équipement monophasé, souvent beaucoup moins cher.

Page 19: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Changements nécessaires pour un

passage en monophasé (suite)

La première chose à vérifier pour un passage en monophasé est le dimensionnement du raccordement au réseau public.

Si la section des conducteurs est insuffisante, le passage en monophasé sera refusé par Enedis.

Une formule permet de savoir si la section du câblage de raccordement est suffisante en fonction de sa longueur:

Section = Longueur * Ampérage / 100

Par exemple, pour une longueur de 30 mètres et un abonnement 12kVA:

30 Mètres * 60A / 100 = 18mm2, il faudra donc du 25mm2 puisque le 16 est insuffisant

Si le raccordement existant ne permet pas le passage en monophasé, il faudra alors faire faire un nouveau raccordement.

Enedis propose actuellement soit un raccordement 12kVA, soit un raccordement 36kVA triphasé. La différence de prix n’étant pas très importante (environ 80 Euros), il est toujours préférable de prévoir un raccordement 36kVA au cas où il serait nécessaire un jour de demander une augmentation de puissance au-delà de 12kVA en triphasé.

Le coût de ce raccordement sera également dépendant de la localisation du logement (zone tarifaire), et il sera beaucoup plus élevé (de l’ordre du double) s’il doit être enterré. Il sera aussi plus cher s’il s’agit d’un raccordement complet par rapport à un raccordement partiel, dans l’espace privé par exemple.

A titre indicatif, un raccordement complet souterrain pour une puissance de 12kVA sera de l’ordre de 2200 Euros, et de 1000 Euros s’il peut être fait en aérien, pour une zone de grande agglomération.

Page 20: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Contrôle de l’équilibrage et

actions complémentaires

L’équilibrage de phase doit être considéré comme un processus itératif car il est nécessaire de contrôler le travail effectué à posteriori.

On peut simuler une période de forte consommation en faisant fonctionner tous appareils censés être en demande en même temps lors d’un pic.

Une mesure de la consommation de chaque appareil avec un ampèremètre ou une pince ampérométrique permet déjà d’avoir une bonne idée de la demande maximale sur une phase.

Si le résultat n’est pas conforme aux attentes, il faudra en analyser les raisons:

• Quelle est la phase qui provoque le déclenchement?

• Quel appareil a causé le déclenchement? Peut-on le couper ou décaler son fonctionnement?

• Possibilité de correction par changement de phase ou délestage?

• Etc…

Page 21: L'équilibrage des phases en installation électrique triphasée

Informations de contact

N’hésitez pas à me contacter par email si vous avez des questions sur

ce document ou à propos d’un problème d’équilibrage de phase en

triphasé.

Email:

[email protected]