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Les contraintes relatives aux appareils d'éclairage et les recommandations

De Guide de l'Installation Electrique

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Raccordement au réseau de distribution publique MT
Raccordement au réseau de distribution publique BT
Bien choisir une architecture de distribution électrique
La distribution BT
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La protection des circuits
L’appareillage BT : fonctions et choix
La protection contre les surtensions
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Détection et atténuation des harmoniques
Les alimentations et récepteurs particuliers
Les installations photovoltaïques
La norme NF C 15-100 dans l’habitat
Recommandations pour l'amélioration de la CEM
Mesure

Sommaire

Le courant réellement appelé par les appareils d'éclairage

Le risque

Cette caractéristique est la première qui doit être déterminée à la conception d'une installation, sinon il est hautement probable que les dispositifs de protection contre les surintensités déclencheront et les utilisateurs se retrouveront de ce fait tous dans le noir.

Il est évident que, pour leur détermination, la consommation de tous les composants doit être prise en compte, en particulier pour les installations d'éclairage à lampes fluorescentes. Pour ce type d'éclairage, la puissance consommée par les ballasts doit être ajoutée à celle des tubes et des lampes.

La solution

Pour l'éclairage à lampes à incandescence, il faut se rappeler que la tension d'alimentation des lampes peut être supérieure de 10% à leur tension nominale, ce qui cause une augmentation du courant consommé.

Pour l'éclairage à lampes fluorescentes, hormis spécifications contraires, la puissance des ballasts magnétiques peut être estimée à 25% de celles des ampoules. Pour des ballasts électroniques, la puissance est de l'ordre de 5 à 10% plus faible.

Les seuils de réglage des dispositifs de protection contre les surintensités doivent donc être calculés en fonction :

  • de la consommation totale (lampes et ballasts), de la surconsommation éventuelle liée à la tension d'alimentation haute,
  • du facteur de puissance.

Les surintensités à la mise sous tension

Le risque

Les appareils utilisés pour la commande et la protection des circuits d’éclairage sont du type relais, triac, télérupteurs, contacteurs ou disjoncteurs.

La principale contrainte appliquée à ces appareils est la pointe de courant à l’enclenchement. Cette pointe de courant dépend de la technologie des lampes utilisées mais aussi des caractéristiques de l’installation (puissance du transformateur d’alimentation, longueur des câbles, nombre de lampes) et de l’instant d’enclenchement dans la période de la tension réseau. Une pointe de courant élevée, même brève, peut provoquer la soudure des contacts d’un organe de commande électromécanique ou la destruction d’un dispositif statique à semi-conducteurs.

Deux solutions

En raison du courant d’appel, la plupart des relais ordinaires sont incompatibles avec l’alimentation de dispositifs d’éclairage. Il est donc habituellement conseillé de :

  • limiter le nombre de lampes à raccorder à un même appareil pour que leur puissance totale soit inférieure à la puissance maximale admissible par l’appareil,
  • vérifier auprès des constructeurs les limites d’emploi des appareils qu’ils proposent. Cette précaution est particulièrement conseillée lors du remplacement de lampes à incandescence par des lampes fluo-compactes.

A titre d’exemple, le tableau de la Figure N49 indique le nombre maximal de tubes fluorescents compensés pouvant être commandés par différents dispositifs de calibre 16 A. On constate que le nombre de tubes commandés est bien inférieur au nombre correspondant à la puissance maximale des dispositifs.

Puissance unitaire des tubes (W) Nombre de tubes correspondant à la puissance
16 A x 230 V
Nombre maximal de tubes pouvant être commandés par
Contacteurs
GC16 A
CT16 A
Télérupteurs TL16 A Disjoncteurs C60-16 A
18 204 15 50 112
36 102 15 25 56
58 63 10 16 34

Fig. N49Le nombre de tubes commandés est bien inférieur au nombre correspondant à la puissance maximale des dispositifs

Mais une technique existe pour limiter la pointe de courant à l’enclenchement des circuits à comportement capacitif (ballasts magnétiques à compensation parallèle et ballasts électroniques). Elle consiste à réaliser l’enclenchement à l’instant du passage par zéro de la tension réseau. Seuls des dispositifs statiques à semi-conducteurs offrent cette possibilité (cf. Fig. N50a).

Cette technique s’avère particulièrement intéressante pour concevoir de nouveaux circuits d’éclairage. Plus récemment ont été mis au point des dispositifs à technologie hybride associant interrupteur statique (enclenchement au passage par zéro de la tension) et contacteur électromécanique court-circuitant l’interrupteur statique (réduction des pertes dans les semi-conducteurs) (cf. Fig. N50b).

Fig. N50Exemples de contacteurs et télérupteurs de la marque Schneider Electric

La surcharge du conducteur de neutre

Le risque

Dans une installation comportant, par exemple, de nombreux tubes fluorescents à ballasts électroniques alimentés entre phases et neutre, le taux d’harmoniques de rang 3 et multiples de 3 peut provoquer une surcharge du conducteur de neutre. Le tableau de la Figure N51 ci-dessous présente une synthèse du niveau des courants harmoniques H3 typiques générés par des appareils d'éclairage.

Type de lampe Puissance typique Mode d'alimentation Niveau H3 typique
Lampe à incandescence avec gradateur 100 W Gradateur 5 à 45%
Lampe à halogène TBT 25 W Transformateur électronique TBT 5%
Tube fluorescent 100 W Ballast magnétique 10%
< 25 W Ballast électronique 85%
> 25 W + correction du FP 30%
Lampe à décharge 100 W Ballast magnétique 10%
Electrical ballast 30%

Fig. N51Synthèse du niveau des courants harmoniques H3 typiques générés par des appareils d'éclairage

La solution

En premier lieu l’emploi de conducteur neutre de section réduite (moitié) est à proscrire comme recommandé dans la norme d’installation CEI 60364, section 523-5-3.

En ce qui concerne les protections de surintensités, il est nécessaire de prévoir des disjoncteurs tétrapolaires à neutre protégé (excepté avec le schéma TN-C pour lequel le PEN, conducteur de protection et de neutre confondus, ne doit pas être coupé).

Ce type d’appareil permet également la coupure omnipolaire nécessaire pour ne pas alimenter des luminaires sous la tension composée lors d’un défaut. Ce dispositif de coupure doit donc interrompre simultanément le circuit des phases et du neutre.

Les courants de fuite à la terre

Le risque

A la mise sous tension, les capacités à la terre des ballasts électroniques sont responsables de pointes de courant différentiel susceptibles de provoquer des déclenchements intempestifs des protections.

Deux solutions

L’utilisation de DDR immunisés contre ce type de courants impulsionnels est recommandée, voire indispensable, pour équiper une installation existante (cf. Fig. N52).

Pour une nouvelle installation, il est pratique de prévoir des appareils de commande (contacteurs et télérupteurs) statiques ou hybrides qui réduisent ces courants impulsionnels (enclenchement au passage par zéro de la tension).

Fig. N52DDR type Asi immunisé contre les courants impulsionnels.

Les surtensions

Le risque

La mise sous tension d’un circuit d’éclairage provoque, comme nous l’avons illustré dans les paragraphes précédents, un régime transitoire qui se manifeste par une surintensité importante. Cette surintensité s’accompagne d’une forte fluctuation de la tension appliquée aux bornes des charges raccordées au même circuit. Ces fluctuations de tension peuvent être préjudiciables au bon fonctionnement de charges sensibles (micro-informatique, régulateurs de température…).

La solution

Il est recommandé de séparer l’alimentation de ces charges sensibles de l’alimentation des circuits d’éclairage.

La sensibilité des dispositifs d’éclairage aux perturbations de tension du réseau

Coupures brèves

Le risque

Les lampes à décharge nécessitent un temps de réallumage de l’ordre de quelques minutes après coupure de leur alimentation.

La solution Un éclairage partiel à réallumage instantané (lampes à incandescence ou tubes fluorescents) doit être prévu si la sécurité l’exige.

Son circuit d’alimentation est, selon les règlements en vigueur, en général distinct du circuit d’éclairage principal (voir Contraintes particulières à la technologie LED).

Fluctuations de tension

Le risque

La plupart des dispositifs d’éclairage (à l’exception des lampes alimentées par ballasts électroniques) sont sensibles aux fluctuations rapides de la tension d’alimentation. Ces fluctuations provoquent un phénomène de papillotement ou flicker qui nuit au confort des utilisateurs et peut même provoquer une gêne importante. Cette gêne est fonction à la fois de la fréquence des variations et de leur amplitude.

La norme CEI 61000-2-2 ("niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence") précise l’amplitude maximale admissible des variations de tension en fonction du nombre de variations par seconde ou par minute. Ces fluctuations de tension peuvent être provoquées par des charges fluctuantes de puissance élevée (fours à arcs, machines à souder, démarrage de moteurs) ou les signaux de télécommande.

La solution

Des moyens spécifiques peuvent être mis en œuvre pour réduire les fluctuations de tension. Il est toutefois recommandé, dans la mesure du possible, d’alimenter les circuits d’éclairage par un réseau séparé. L’utilisation de ballasts électroniques est préconisée pour les applications exigeantes (hôpitaux, salles blanches, salles de contrôle, salles informatiques…).

Évolutions des appareils de commande et de protection

L’utilisation de variateurs de lumière est de plus en plus fréquente. Les contraintes à l’allumage sont donc réduites et le déclassement des appareils de commande et de protection est moins important. De nouveaux appareils de protections adaptés aux contraintes des circuits d’éclairage apparaissent, par exemple des disjoncteurs et interrupteurs différentiels modulaires de la marque Schneider Electric spécialement immunisés, tels les interrupteurs ID et les disjoncteurs Vigi de type si. De même les dispositifs de commande et de protection évoluent, certains permettent la télécommande, la gestion journalière, la régulation d’éclairage, la réduction de consommation, etc.