Les tableaux

Le tableau est un élément important de la sûreté d'une installation électrique. Il doit être conçu et réalisé en respectant des règles précises.

Un tableau de distribution est le point d'entrée de l'énergie électrique pour l'installation (ou pour une partie de l'installation) BT. Le circuit d'arrivée se divise en plusieurs circuits (départs), chacun de ces circuits est commandé et protégé par l'appareillage installé dans le tableau (disjoncteurs, contacteurs, interrupteurs, interrupteurs fusibles, etc.). Un tableau de distribution est généralement divisé en unités fonctionnelles chacune comprenant tous les éléments mécaniques et électriques qui contribuent à l'accomplissement d'une fonction donnée. Cela représente un maillon clef de la chaîne de la sûreté.

En conséquence le type du tableau de distribution doit être parfaitement adapté à son application. Sa conception et sa construction doivent être conformes aux normes en vigueur et respecter les règles de l'art.

L'enveloppe du tableau de distribution assure une double protection :

• La protection de l'appareillage, des appareils de mesure, des relais, des dispositifs fusibles, etc. contre les chocs mécaniques, les vibrations et autres influences externes susceptibles d'en dégrader l'intégrité opérationnelle (interférences électromagnétiques, poussières, moisissure, petits animaux).
• La protection des personnes contre les risques de contacts directs et de contacts indirects (en particulier voir au paragraphe 3.3, les degrés de protection IP et l'indice IK).

Les types de tableaux

L'application détermine le type de tableau à utiliser.

Les tableaux, ou ensemble d'appareillage à basse tension, se différencient par le type d'application et par leur principe de réalisation.

Voir [les offres d'enveloppes] de Schneider Electric

Les types de tableaux par application

Les grands types de tableaux sont :

• le tableau général BT (TGBT) (cf. Fig. E28a),
• les tableaux de contrôle-commande de processus (cf. Fig. E28b),

Fig. E28 – Exemples de TGBT et tableaux de contrôle-commande de processus

• 

  [a] TGBT (Prisma P) avec une arrivée par canalisation électrique préfabriquée (Canalis)

• 

  [b] TGBT et contrôle-commande de processus (Okken)

• les tableaux secondaires (cf. Fig. E29),

Fig. E29 – Exemple de tableau secondaire (Prisma Plus G)

• les tableaux terminaux (cf. Fig. E30).

Fig. E30 – Tableaux de distribution terminale

• 

  [a] Prisma Plus G Pack

• 

  [b] Kaedra

• 

  [c] Mini-Pragma

Les tableaux de distribution pour des applications spécifiques (par exemple chauffage, ascenseur, process industriel) peuvent être installés :

• à côté du tableau général BT,
• à proximité de l'application concernée.

Les types de réalisation de tableaux

Il existe les tableaux :

• traditionnels dans lesquels l'appareillage est généralement fixé dans le fond de l'enveloppe sur un châssis,
• fonctionnels dédiés à des applications

Les tableaux traditionnels

L'appareillage (Interrupteurs, disjoncteurs, interrupteurs fusibles, etc.) est généralement monté sur châssis à l'arrière de l'enveloppe. Les appareils de signalisation et de commande (appareils de mesures, lampes, boutons poussoir,etc.) sont montés sur la face avant du tableau.

L'implantation des matériels à l'intérieur du tableau nécessite une étude minutieuse prenant en compte l'encombrement de chaque matériel, les raccordements à réaliser et les distances de sécurité à respecter pour un fonctionnement sécuritaire et exempt de dysfonctionnements.

Les tableaux fonctionnels

Généralement dédiés à des applications spécifiques, ces tableaux de distribution sont équipés d'unités fonctionnelles qui regroupent l'appareillage avec ses accessoires de montage et de raccordement préfabriqués assurant ainsi un haut niveau de fiabilité et une grande souplesse de modifications de dernière minute et d'évolutions futures sur site.

• De nombreux avantages.

  L'utilisation de tableaux fonctionnels de distribution s'est développée à tous les niveaux de la distribution électrique BT, du tableau général BT (TGBT) aux tableaux de distribution terminale, du fait de leurs nombreux avantages :

  • la modularité du système ce qui permet d'intégrer de nombreuses fonctions dans un simple tableau de distribution dont la protection, la commande, le contrôle et la gestion technique de l'installation électrique. La conception modulaire améliore le fonctionnement et renforce aussi la facilité de maintenance et de modifications des tableaux de distribution,
  • la conception rapide du tableau de distribution car elle consiste uniquement à ajouter des unités fonctionnelles,
  • la facilité de montage due aux composants préfabriqués qui peuvent être installés très rapidement,
  • le bénéfice d'essais de type, ce qui confère aux tableaux fonctionnels un haut niveau de sûreté.

    Les nouvelles gammes Prisma Plus G et P de tableaux fonctionnels de distribution de Schneider Electric couvrent les besoins jusqu'à 4000 A. Ils offrent :

  • flexibilité et facilité dans la construction des tableaux de distribution,
  • certification de conformité du tableau de distribution à la norme CEI/NF EN 61439-1 et CEI/NF EN 61439-2 et assurance d'un service en toute sécurité,
  • gain de temps à toutes les étapes, de la conception à l'installation, en fonctionnement, lors des modifications ou des remises à niveau,
  • facilité d'adaptation, par exemple pour répondre à des normes particulières ou des habitudes de travail spécifiques en vigueur dans certains pays.

Les Figures E28a, E29 et E30 montrent des exemples de tableaux fonctionnels de distribution pour toutes les puissances et la Figure E28b montre un tableau fonctionnel de distribution de très grande puissance.

• Principaux types d'unités fonctionnelles.

  Trois technologies de base sont utilisées pour réaliser les unités fonctionnelles.

  • Unités fonctionnelles fixes (cf. Fig. E31).

    Ces unités fonctionnelles ne peuvent pas être isolées de l'alimentation de sorte que toute intervention pour la maintenance, pour effectuer des modifications, etc. requiert la mise hors service du tableau de distribution en entier. L'installation dans ces unités fonctionnelles d'appareils amovibles ou débrochables réduit le temps de coupure et augmente la disponibilité du reste de l'installation.

  • Unités fonctionnelles déconnectables (cf. Fig. E32).

    Chaque unité fonctionnelle est montée sur une platine amovible et équipée d'un dispositif de sectionnement en amont (jeu de barres) et de dispositifs de déconnexion en aval (départ). L'unité complète peut être retirée pour maintenance, sans requérir une mise hors service générale du tableau.

  • Unités fonctionnelles débrochables en tiroir (cf. Fig. E33).

L'appareillage et ses accessoires pour assurer une fonction électrique complète sont montés dans un tiroir (châssis horizontalement débrochable). La fonction est généralement complexe et concerne souvent la Commande Moteur.

Le sectionnement, électrique et mécanique, en amont et en aval de la fonction est assuré par le débrochage complet du tiroir, permettant un remplacement rapide d'une unité fonctionnelle en défaut sans mettre hors tension le reste du tableau de distribution.

Fig. E31 – Tableau à unité fonctionnelle fixe (Prisma Plus G)

Fig. E32 – Tableau à unités fonctionnelles sectionnables-déconnectables

Fig. E33 – Tableau à tiroirs

Normes CEI/NF EN 61439

Des tableaux conformes aux normes sont essentiels pour obtenir le niveau de sûreté adéquat.

Les différentes normes

La conformité aux normes applicables est essentielle afin d'assurer un niveau de fiabilité satisfaisant.

Les normes de la série CEI/NF EN 61439 ("Ensembles d'appareillage à basse tension") ont été développées afin de fournir aux utilisateurs finaux de tableaux électriques un niveau élevé de confiance en termes de sécurité et de disponibilité de l'alimentation.

Les aspects de sécurité englobent :

• la sécurité des personnes (risques d'électrocution),
• les risques d'incendie,
• les risques d'explosion.

La disponibilité de l'alimentation est un problème majeur dans de nombreux secteurs d'activité, avec un impact économique possible élevé en cas de longue interruption consécutive à une défaillance du tableau.

Les normes fournissent les exigences de conception et de vérification, de façon qu'aucune défaillance ne survienne en cas de défaut, de perturbation, ou de fonctionnement dans des conditions d'environnement sévères.

La conformité aux normes garantit que le tableau fonctionnera correctement, non seulement dans des conditions normales, mais aussi dans des conditions sévères.

Trois éléments de la norme CEI 61439-1 (NF EN 61439-1) contribuent fortement à la sûreté :

• définition claire des unités fonctionnelles,
• formes de séparation des unités, fonctionnelles en accord avec les besoins de l'utilisateur,
• essais de type et individuels bien définis.

Trois éléments des normes CEI/NF EN 61439-1 et 61439-2 contribuent de manière significative à la fiabilité :

• une définition claire des unités fonctionnelles,
• les formes de séparation interne entre les unités fonctionnelles adjacentes conformément aux exigences de l'utilisateur,
• des tests de vérification clairement définis.

Structure de la série de normes

Les normes de la série CEI/NF EN 61439 consistent en une norme de base donnant les règles générales, et plusieurs autres normes se référant à différents types d'ensembles.

• CEI/NF EN 61439-1 : Règles générales.
• CEI/NF EN 61439-2 : Ensembles d'appareillage de puissance.
• CEI/NF EN 61439-3 : Tableaux de répartition destinés à être utilisés par des personnes ordinaires (DBO).
• CEI/NF EN 61439-4 : Exigences particulières pour ensembles de chantiers (EC).
• CEI/NF EN 61439-5 : Ensembles pour réseaux de distribution publique.
• CEI/NF EN 61439-6 : Systèmes de canalisation préfabriquée.
• CEI/TS/NF EN 61439-7 : Ensembles pour installations publiques particulières telles que marinas, terrains de camping, marchés et emplacements analogues et pour borne de charge de véhicules électriques.

Les documents CEI/NF EN 61439-1 et 2 ont été publiés en première édition en 2009, et révisés en 2011.

Les améliorations majeures apportées par la norme CEI/NF EN 61439

Par rapport à la série précédente CEI/NF EN 60439, plusieurs améliorations majeures ont été introduites, pour le bénéfice de l'utilisateur final.

Exigences basées sur les attentes de l'utilisateur final

Les différentes exigences incluses dans les normes ont été introduites afin de répondre aux attentes de l'utilisateur final :

• capacité à faire fonctionner l'installation électrique,
• tenue aux surtensions
• capacité de transport de courant,
• tenue aux court-circuits,
• compatibilité électromagnétique,
• protection contre les chocs électriques,
• maintenance et amélioration des performances,
• possibilité d'installation sur site,
• protection contre les risques d'incendie,
• protection contre les contraintes environnementales.

Définition claire des responsabilités

Le rôle des différents acteurs a été clairement défini, et peut être résumé par la Figure E33b.

Fig. E33b – Principaux acteurs et responsabilités, telles que définis par la CEI/NF EN 61439-1&2

Les tableaux sont qualifiés d'Ensembles, comprenant les dispositifs de commutation, de contrôle, de mesure, de protection, équipements de régulation, avec toutes les interconnexions électriques et mécaniques internes et les pièces structurelles. Les Systèmes d'Ensembles comprennent des composants mécaniques et électriques (enveloppes, jeux de barres, unités fonctionnelles, etc…).

Le constructeur d'origine est l'organisme qui a réalisé la conception d'origine et la vérification associée d'un ensemble conformément à la norme applicable. Il est responsable des vérifications de conception, énumérées par la CEI/NF EN 61439-2, comprenant de nombreux tests électriques.

La vérification peut être supervisée par un organisme de certification, qui fournit des certificats pour le constructeur d'origine. Ces certificats peuvent être communiqués au Prescripteur ou à l'utilisateur final, à leur demande.

Le constructeur d'ensemble, généralement un tableautier, est l'organisme qui assume la responsabilité pour l'ensemble fini. Le montage doit être réalisé selon les instructions du constructeur d'origine. Si le constructeur d'ensemble s'écarte des instructions du constructeur d'origine, il doit effectuer à nouveau de nouvelles vérifications de conception. Ces écarts devraient également être soumis au constructeur d'origine pour validation.

À la fin de l'assemblage, des vérifications individuelles de série (vérifications de routine) doivent être effectuées par le constructeur d'ensemble (tableautier) Le résultat est un ensemble entièrement testé, pour lequel les vérifications de conception ont été réalisées par le constructeur d'origine, et les vérifications individuelles de série effectuées par le constructeur d'ensemble.

Cette procédure donne une meilleure visibilité à l'utilisateur final, par rapport à l'approche "Ensembles de série" et Ensembles dérivés de série" proposée par la précédente norme CEI/NF EN 60439.

Clarifications sur les vérifications de conception, les exigences de conception (nouvelles ou mises à jour) et les vérifications individuelles de série

Les nouvelles normes CEI/NF EN 61439 comprennent également :

• des exigences de conception nouvelles ou mises à jour (par exemple: nouveau test de levage),
• une clarification notable des vérifications de conception à effectuer. Sont fournies également les méthodes acceptables qui peuvent être utilisés (ou non) pour réaliser ces vérifications, pour chaque type d'exigence,
• une liste plus détaillée des vérifications individuelles de série, et des exigences plus sévères concernant les distances d'isolement.

Les paragraphes suivants fournissent des détails sur ces évolutions.

Les exigences de conception

Pour qu'un système d'ensemble ou tableau soit conforme aux normes, différentes exigences sont applicables. Ces exigences sont de 2 types :

• exigences de construction,
• exigences de performance.

Voir en Fig. E33c la liste détaillée des exigences.

La conception du système d'ensemble doit respecter ces exigences, sous la responsabilité du constructeur d'origine.

Vérification de conception

La vérification de la conception, sous la responsabilité du constructeur d'origine, est destinée à vérifier la conformité de la conception d'un système d'ensemble ou ensemble avec les exigences de la présente série de normes.

La vérification de conception peut être effectuée par :

• test, qui devrait être effectué sur la variante la plus onéreuse (pire cas),
• calcul, y compris l'utilisation des marges de sécurité appropriées,
• comparaison, avec un design de référence testé.

La nouvelle norme CEI/NF EN 61439 a nettement clarifié la définition des différentes méthodes de vérification, et spécifie très clairement laquelle de ces trois méthodes peut être utilisée pour chaque type de vérification de la conception, comme le montre la Figure E33c.

Fig. E33c – Liste des vérifications de conception à effectuer, et options de vérification disponibles (tableau D.1 de l'annexe D de la CEI/NF EN 61439-1)

No.	Caractéristique à vérifier	Articles ou paragraphes	Options de vérification disponibles
			Essais	Comparaison avec une conception de référence	Evaluation
1	Résistance des matériaux et des parties :	10.2
	Tenue à la corrosion	10.2.2	OUI	NON	NON
	Propriétés des matériaux isolants	10.2.3
	Stabilité thermique	10.2.3.1	OUI	NON	NON
	Résistance des matériaux isolants à une chaleur anormale et au feu dus aux effets électriques internes	10.2.3.2	OUI	NON	OUI
	Résistance aux rayonnements ultraviolets (UV)	10.2.4	OUI	NON	OUI
	Levage	10.2.5	OUI	NON	NON
	Impact mécanique	10.2.6	OUI	NON	NON
	Marquage	10.2.7	OUI	NON	NON
2	Degré de protection procuré par les enveloppes	10.3	OUI	NON	OUI
3	Distances d'isolement	10.4	OUI	NON	NON
4	Lignes de fuite	10.4	OUI	NON	NON
5	Protection contre les chocs électriques et intégrité des circuits de protection :	10.5
	Continuité réelle entre les masses de l'Ensemble et le circuit de protection	10.5.2	OUI	NON	NON
	Tenue aux courts-circuits du circuit de protection	10.5.3	OUI	OUI	NON
6	Intégration des appareils de connexion et des composants	10.6	NON	NON	OUI
7	Circuits électriques internes et connexions	10.7	NON	NON	OUI
8	Bornes pour conducteurs externes	10.8	NON	NON	OUI
9	Propriétés diélectiques:	10.9
	Tension de tenue à fréquence industrielle	10.9.2	OUI	NON	NON
	Tension de tenue aux chocs	10.9.3	OUI	NON	OUI
10	Limites d'échauffement	10.10	OUI	OUI	OUI
11	Tenue aux courts-circuits	10.11	OUI	OUI	NON
12	Compatibilité Electromagnétique (CEM)	10.12	OUI	NON	OUI
13	Fonctionnement mécanique	10.13	OUI	NON	NON

Vérification individuelle de série (vérification de routine)

La vérification individuelle de série est destinée à détecter les défauts des matériels et de la fabrication, et de s'assurer du fonctionnement correct de l'ensemble fabriqué. Elle est effectuée sur chacun des ensembles ou systèmes d'ensemble fabriqué, sous la responsabilité du constructeur d'ensemble ou tableautier.

Vérification à effectuer :

Fig. E33d – Liste des vérifications individuelles de série à effectuer

Vérification individuelle de série	Examen visuel	Tests
Degré de protection procuré par les enveloppes	Oui
Distances d'isolement	Oui	Si D < distance minimale d'isolement: vérification par un test de tenue aux chocs de tension
		Si examen visuel non concluant (par exemple si D < 1,5 fois la distance minimale), vérification par mesure physique ou par un test de tenue aux chocs de tension
Lignes de fuite	Oui	ou mesure, si examen visuel non applicable
Protection contre les chocs électriques et intégrité des circuits de protection	Oui	Vérification aléatoire du serrage des connexions des circuits de protection
Intégration de composants incorporés	Oui
Circuits électriques internes et connexions	Oui	Ou vérification aléatoire du serrage
Bornes pour conducteurs externes	-	Nombre, type et identification des bornes
Fonctionnement mécanique	Oui	Bon fonctionnement des organes de commande mécaniques, des verrouillages et des dispositifs de blocage, y compris ceux associés à des parties amovibles
Propriétés diélectriques	-	Test diélectrique à fréquence industrielle ou vérification de la résistance d'isolement (au-delà de 250 A)
Câblage, fonctionnement électrique et fonction	Oui	Vérification de l'exhaustivité de l'information et des marquages, inspection du câblage et de la fonction test, le cas échéant

Une approche précise

La nouvelle série CEI/NF EN 61439 introduit une approche précise, destinée à donner aux tableaux le bon niveau de qualité et de performance attendu par les utilisateurs finaux.

Des exigences de conception détaillées sont fournies, et un processus de vérification clair est proposé, qui différencie vérification de conception et la vérification individuelle de série (vérification de routine).

Les responsabilités sont clairement définies entre le constructeur d'origine, responsable de la conception, et la constructeur d'ensemble, responsable de l'assemblage et de la livraison à l'utilisateur final.

Unités fonctionnelles

La même norme définit les unités fonctionnelles :

• partie d'un ensemble comprenant tous les éléments mécaniques et électriques, y compris les appareils de connexion, qui concourent à l'exécution d'une seule fonction,
• le tableau de distribution comprend une unité fonctionnelle de tête, et une ou plusieurs unités fonctionnelles pour les circuits de sortie, en fonction des besoins de fonctionnement de l'installation.

De plus, les technologies de tableaux de distribution utilisent des unités fonctionnelles qui peuvent être fixes, déconnectables ou débrochables (voir Indice de service & Fig. E30, E31, E32).

Formes

(voir Fig. E34)

La séparation des unités fonctionnelles au sein de l'ensemble est assurée par des formes qui sont spécifiées pour différents types de fonctionnement.

Les diverses formes sont numérotées de 1 à 4 avec des variations marquées "a" ou "b". Chaque étape (de 1 à 4) est cumulative, i.e. une forme avec un nombre plus élevé inclut les caractéristiques des formes comportant des chiffres inférieurs. La norme distingue :

• forme 1 : pas de séparation,
• forme 2 : séparation entre jeux de barres et unités fonctionnelles,
• forme 3 : séparation entre jeux de barres et unités fonctionnelles, et séparation des unités fonctionnelles entre elles, sauf au niveau des bornes de sortie,
• forme 4 : idem forme 3, incluant une séparation entre les bornes de sortie des différentes unités fonctionnelles.

Le choix de la forme à mettre en œuvre résulte d'un accord entre le constructeur et l'utilisateur.

La gamme Prisma Plus de Schneider Electric offre des solutions pour les formes 1, 2b, 3b, 4a, 4b.

Fig. E34 – Représentation des différentes formes de tableaux de distribution basse tension

Au delà de la norme

Malgré l'amélioration apportée par cette nouvelle série de normes, il y a encore quelques limitations. En particulier, pour un constructeur d'ensemble ou un tableautier combinant du matériel et des dispositifs de différents fournisseurs (constructeurs), la vérification de conception ne peut être complète. Toutes les différentes combinaisons d'équipements provenant de différents fournisseurs ne peuvent pas être testées à l'étape de conception. Avec cette approche, la conformité à la norme ne peut être obtenue dans toutes les configurations particulières. La conformité est limitée à un nombre réduit de configurations.

Dans cette situation, les utilisateurs finaux sont incités à demander des certificats d'essai correspondant à leur configuration particulière, et pas seulement valable pour les configurations génériques.

D'autre part, la norme CEI/NF EN 61439 fixe une stricte limite à la substitution d'appareil par un exemplaire d'une autre série, en particulier pour la vérification d'échauffement et de tenue aux courts-circuits. Seule une substitution par un appareil de même marque et de même série, c'est-à-dire provenant du même constructeur et avec des caractéristiques de limitation (I²t, Ipk) égales ou supérieures, peut garantir que le niveau de performance est maintenu. En conséquence, en cas de substitution par un appareil d'un autre constructeur, seuls des essais (par exemple "essais de type") permettront la conformité à la norme CEI/NF EN 61439 et de garantir la sécurité de l'ensemble.

En revanche, en plus des exigences imposées par la série CEI/NF EN 61439, une approche Système telle que proposée par un constructeur comme Schneider Electric fournit un niveau de confiance maximal. Toutes les différentes parties de l'ensemble sont fournies par le constructeur d'origine. Non seulement les combinaisons génériques sont testées, mais toutes les combinaisons possibles permises par la conception de l'ensemble sont testées et vérifiées.

Le niveau maximal de performance est obtenu par la Coordination des protections. Ceci garantit le fonctionnement combiné des dispositifs de protection et de commutation, des interconnexions électriques et mécaniques internes, ainsi que des pièces structurelles. Tous ces dispositifs ont été conçus de manière cohérente avec cet objectif à l'esprit. Toutes les combinaisons pertinentes d'appareils sont testées. Il subsiste moins de risques par rapport à l'évaluation par des calculs ou basée uniquement sur les données cataloguées. (La coordination de la protection est expliquée plus en détail dans le chapitre L’appareillage BT : fonctions et choix).

Seule l'approche Système peut fournir la tranquillité d'esprit nécessaire à l'utilisateur final, quelle que soit la perturbation possible dans son installation électrique.

Surveillance et contrôle à distance de l'installation électrique

La surveillance et le contrôle à distance ne sont plus désormais réservés aux grandes installations.

Ces fonctions se démocratisent et permettent à l'utilisateur de l'installation électrique de nombreuses économies. Les impacts potentiels principaux sont :

• réduction de la facture énergétique,
• réduction des coûts de structure pour le maintien opérationnel de l'installation,
• meilleure utilisation des investissements et notamment optimisation du cycle de vie de l'installation,
• meilleure satisfaction du consommateur de l'énergie (par exemple le bâtiment ou le processus industriel) par une amélioration de la disponibilité ou de la qualité de l'énergie.

Modbus s'impose progressivement comme standard ouvert de communication au sein du tableau électrique ainsi que du tableau vers les applications clientes de supervision et de contrôle. Modbus existe sous deux implémentations : la paire torsadée (RS 485) et Ethernet-TCP/IP (IEEE 802.3).

Le site www.modbus.org met à disposition l'ensemble des spécifications de ce bus et référence progressivement l'ensemble des produits et sociétés qui ont rejoint ce standard industriel ouvert.

L'usage des technologies Web participe largement à cette démocratisation en diminuant drastiquement le coût d'accès à ces fonctions, en offrant une interface désormais connue de tous (les pages Web) et en offrant une ouverture et une évolutivité encore inexistantes il y a quelques années.