CÂBLAGE DES CHAMBRES FROIDES (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : 1. Lire et interpréter les schémas électriques de commande et de puissance d’une chambre froide avec tirage au vide unique. 2. Réaliser le câblage complet (alimentation, protection, commande, sécurité) d’une telle installation en respectant la norme NF C 15-100 et les règles d’hygiène alimentaire. 3. Étendre le câblage à un complexe comportant deux chambres froides à températures différentes, en mettant en œuvre la sélectivité des protections et la gestion indépendante des consignes de température. 4. Diagnostiquer les défauts les plus fréquents (surcharge, court‑circuit, mauvaise mise à la terre) et proposer les mesures correctives. 5. Rédiger un compte‑rendu d’intervention incluant les relevés de mesure, les réglages effectués et les consignes de remise en service. **Prérequis** : - Notions de base en électrotechnique (tension, courant, puissance, loi d’Ohm, loi des nœuds). - Connaissance des appareils de protection (disjoncteur thermique, disjoncteur magnétothermique, relais de surcharge, fusible). - Lecture de schémas unifilaires et multifilaires. - Utilisation du multimètre numérique et de la pince ampèremétrique. - Règles de sécurité électrique (habilitation B0, B1, B2) et d’hygiène en milieu agroalimentaire (HACCP). --- ## Introduction contextualisée Dans les établissements de transformation agroalimentaire du Cameroun (usines de poisson, laiteries, chambres de stockage de produits périssables), le maintien d’une température basse et stable est essentiel pour garantir la qualité et la sécurité des denrées. Les chambres froides fonctionnent grâce à un groupe frigorifique composé d’un compresseur, d’un condenseur, d’un détendeur et d’un évaporateur. Le groupe est commandé par un automate ou un régulateur de température qui actionne le contacteur de puissance du compresseur et, le cas échéant, les vannes d’injection de gaz ou les résistances de dégivrage. Le câblage doit donc assurer deux fonctions : - **Alimentation puissance** : fournir la tension triphasée (380 V) nécessaire au moteur du compresseur, avec protection contre les surintensités et les défauts d’isolement. - **Alimentation commande** : fournir une basse tension (24 V CC ou 230 V CA) au régulateur, aux capteurs de température, aux pressostats et aux dispositifs de sécurité (pressostat haute pression, pressostat basse pression, détecteur de fuite de gaz). Le tirage au vide unique (TP 19) consiste à évacuer l’air et l’humidité du circuit frigorifique avant la mise en charge du réfrigérant, afin d’éviter la formation d’acides et de garantir l’efficacité thermique. Le complexe à deux chambres (TP 20) impose une gestion indépendante des consignes de température tout en partageant parfois le même groupe frigorifique ou en utilisant deux groupes distincts, ce qui nécessite une sélectivité des protections et une coordination des automatismes. --- ## I. TP 19 : Câblage des circuits de commande et de puissance d’une chambre froide avec tirage au vide unique ### 1. Schéma de principe Le schéma se compose de : - **Alimentation triphasée** : L1, L2, L3 provenant du tableau général, protégée par un disjoncteur magnétothermique 3P (In = 20 A, réglage thermique 16 A). - **Contacteur de puissance** : KM1 (3 pôles, 230 V CA bobine) qui alimente le compresseur M. - **Surcharge thermique** : relais de surcharge RS (In = 16 A) placé en série avec le contacteur. - **Protection différentielle** : disjoncteur différentiel 30 mA (type A) en tête du circuit. - **Circuit de commande** : transformateur d’isolement 230 V/24 V, régulateur de température RT (entrée capteur PT100, sortie 24 V CC), bouton d’arrêt d’urgence, témoin de marche. - **Chaîne de tirage au vide** : pompe à vide PV (alimentée 230 V CA via un contacteur KM2), électrovanne de service EV (24 V CC) permettant l’introduction du réfrigérant après vide. ### 2. Étapes de câblage | Étape | Action | Détails techniques | |------|--------|---------------------| | 1 | Mise hors tension | Vérifier l’absence de tension avec le multimètre (position VAC). | | 2 | Installation du disjoncteur différentiel | Connecter L1, L2, L3 aux entrées, sortir vers le tableau secondaire. | | 3 | Raccordement du contacteur KM1 | Alimenter les bornes A1‑A2 avec 230 V CA directement depuis le tableau secondaire (la bobine du contacteur est prévue pour 230 V CA), puis relier les sorties L1‑L2‑L3 du disjoncteur aux entrées du contacteur, puis les sorties du contacteur vers les bornes du compresseur (U, V, W). | | 4 | Pose du relais de surcharge RS | Insérer RS entre la sortie du contacteur KM1 et l’entrée du compresseur ; régler le courant de déclenchement à 1,15 × In du compresseur (ex. 18,4 A pour un In de 16 A). | | 5 | Câblage du circuit de commande | Alimenter le transformateur d’isolement (230 V → 24 V) depuis le tableau secondaire ; connecter la sortie 24 V au régulateur RT, au bouton d’arrêt d’urgence (en série) et au témoin de marche (en parallèle). | | 6 | Raccordement du capteur de température | Brancher le PT100 sur l’entrée du régulateur (fil rouge → +V, fil noir → ‑V, fil blanc → signal). | | 7 | Installation de la chaîne de tirage au vide | Alimenter le contacteur KM2 (230 V CA) depuis le même tableau secondaire ; relier sa sortie à la pompe à vide PV. Connecter l’électrovanne EV en 24 V CC à la sortie du régulateur (contact « vide terminé »). | | 8 | Mise à la terre | Relier toutes les masses métalliques (boîtier du compresseur, du contacteur, du régulateur) à la barrette de terre du tableau, résistance de terre < 1 Ω. | | 9 | Vérification d’isolement | Mégaohmmètre : mesurer entre chaque phase et terre (> 1 MΩ). | | 10 | Mise sous tension et essai | Fermer le disjoncteur différentiel, actionner le bouton de marche, vérifier que le compresseur démarre, que la pompe à vide se met en route, que la pression baisse (< 5 mbar) puis que l’électrovanne s’ouvre pour laisser entrer le réfrigérant. | ### 3. Exemple de réglage du relais de surcharge Un compresseur hermétique de 2 kW, 380 V triphasé, possède un courant nominal In = 3,5 A (calculé : P = √3 · U · I · cosφ, avec cosφ≈0,85). Le relais de surcharge doit être réglé à 1,15 × In ≈ 4,0 A. On choisit le réglage le plus proche disponible sur le relais (4,0 A). ### 4. Normes et règles de sécurité/hygiène - **NF C 15-100** : protection contre les surintensités, différentiel 30 mA obligatoire pour les prises de courant utilisées en milieu humide. - **NF EN 60204‑1** : sécurité des machines électriques, arrêt d’urgence accessible, indication visuelle de marche. - **HACCP** : les câbles doivent être gainés de matériau non poreux, résistant aux produits de nettoyage (PVC ou gaine métallique avec revêtement anti‑corrosion). - **Habilitation** : les opérations de mise sous tension nécessitent au moins une habilitation B1 (travaux sous tension) ou B2 (travaux hors tension avec vérification d’absence de tension). > **À retenir** : Le relais de surcharge doit toujours être placé en série entre le contacteur de puissance et le moteur afin de protéger contre les surcharges mécaniques et électriques. > **À retenir** : Le tirage au vide doit atteindre une pression inférieure à 5 mbar avant l’introduction du réfrigérant pour éviter la formation d’acides et garantir l’efficacité du cycle frigorifique. --- ## II. TP 20 : Câblage des circuits de commande et de puissance d’un complexe muni de deux chambres froides à températures différentes ### 1. Architecture générale Deux possibilités sont rencontrées en pratique : 1. **Deux groupes frigorifiques indépendants** (chacun dédié à une chambre). 2. **Un groupe frigorifique commun** avec deux évaporateurs et deux détendeurs, chaque chambre possédant son propre détendeur électromagnétique et son propre régulateur de température. Dans les deux cas, le câblage doit garantir : - La séparation des circuits de puissance (disjoncteurs dédiés, contacteurs séparés). - L’indépendance des consignes de température (deux régulateurs RT1 et RT2). - La sélectivité des protections afin qu’un défaut dans une chambre ne coupe pas l’alimentation de l’autre. ### 2. Schéma type (deux groupes indépendants) | Élément | Chambre A | Chambre B | |---------|-----------|-----------| | Alimentation triphasée | Disjoncteur 3P In = 25 A (protection du compresseur A) | Disjoncteur 3P In = 25 A (protection du compresseur B) | | Contacteur puissance | KMA (230 V CA bobine) | KMB | | Relais de surcharge | RSA (In = 16 A réglé à 1,15 × In compresseur A) | RSB | | Transformateur commande | TA (230 V/24 V) | TB | | Régulateur de température | RTA (entrée PT100A, sortie 24 V CC) | RTB | | Capteur température | PT100A | PT100B | | Électrovanne de service (vide) | EVA (24 V CC) | EVB | | Pompe à vide | PVA (230 V CA) | PVB | | Bouton arrêt d’urgence | commun (série avec les deux chaînes de commande) | — | | Témoin de marche | LED_A (24 V CC) | LED_B | Chaque chaîne de commande est identique à celle décrite dans le TP 19, mais les deux sont alimentées par des transformateurs distincts afin d’éviter les interférences. Le bouton d’arrêt d’urgence est placé en série avec les deux chaînes : son ouverture coupe simultanément les deux régulateurs, arrêtant les deux compresseurs. ### 3. Étapes de câblage (points spécifiques au complexe) 1. **Distribution triphasée** : depuis le tableau général, installer un répartiteur (barre de distribution) avec deux dérivations protégées chacune par un disjoncteur 3P In = 25 A. 2. **Mise en place des contacteurs et relais** : répéter la procédure du TP 19 pour chaque chambre, en veillant à ce que les réglages des relais de surcharge correspondent aux courants nominaux de chaque compresseur (souvent différents selon la puissance frigorifique requise). 3. **Câblage des régulateurs** : alimenter chaque transformateur depuis sa dérivation respective, connecter la sortie 24 V au régulateur, au bouton d’arrêt d’urgence (commun) et au témoin de marche local. 4. **Gestion du vide** : chaque chambre possède sa propre pompe à vide et électrovanne. Le régulateur, après avoir atteint la consigne de température, active l’électrovanne uniquement si la pression vide est inférieure au seuil programmé (ex. < 10 mbar). 5. **Sélectivité des protections** : choisir les disjoncteurs amont avec une courbe de déclenchement légèrement plus lente que celle des disjoncteurs aval (ex. disjoncteur amont type C, aval type B) afin qu’un court‑circuit dans une chambre ne déclenche pas le disjoncteur général. 6. **Vérification d’isolement et de continuité de terre** : réaliser les mesures sur chaque dérivation séparément, puis sur l’ensemble du tableau. 7. **Essai fonctionnel** : mettre sous tension chaque chambre séparément, vérifier que le compresseur démarre, que la température descend à la consigne (ex. ‑18 °C pour la chambre A, +2 °C pour la chambre B), que le vide est effectué correctement avant l’injection du réfrigérant, et que l’arrêt d’urgence coupe les deux chaînes. ### 4. Exemple de dimensionnement du disjoncteur d’amont Supposons : - Compresseur A : P = 3 kW, In ≈ 5,2 A (380 V, cosφ = 0,85). - Compresseur B : P = 2 kW, In ≈ 3,5 A. Courant de appel (démarrage) estimé à 2,5 × In ≈ 13 A pour A et 8,8 A pour B. Le courant de appel total simultané (pire cas) ≈ 21,8 A. On choisit un disjoncteur 3P type C, In = 25 A, courbe de déclenchement C (5‑10 In) pour supporter les pointes de démarrage sans déclenchement intempestif. ### 5. Normes et règles de sécurité/hygiène spécifiques - **NF C 15-100 art. 522.6** : chaque circuit de puissance doit être protégé par un disjoncteur dédié lorsqu’il alimente un moteur > 1 kW. - **NF EN 60947‑4‑1** : caractéristiques des contacteurs et des relais de surcharge, coordination type 2 (coordination entre disjoncteur et relais). - **HACCP** : les gaines de câbles situées dans les chambres doivent être de classe IP65 ou supérieure, résistantes aux produits de nettoyage (alcool, chlore dilué). - **Habilitation** : les travaux sur le tableau général nécessitent une habilitation B2 (travaux hors tension avec vérification d’absence de tension) ; les interventions sur les régulateurs en basse tension peuvent être réalisées avec une habilitation B0. > **À retenir** : La sélectivité des protections se obtient en choisissant des disjoncteurs amont avec une courbe de déclenchement plus lente (type C ou D) que celle des aval (type B ou C), afin de limiter le déclenchement intempestif en cas de défaut localisé. > **À retenir** : Dans un complexe à deux chambres, le bouton d’arrêt d’urgence doit être placé en série avec les deux chaînes de commande basse tension afin de garantir l’arrêt simultané de tous les équipements, conformément à la norme NF EN 60204‑1. --- ## Synthèse du chapitre - **Objectif principal** : réaliser le câblage sûr et conforme des chambres froides, en maîtrisant les circuits de puissance (alimentation triphasée, contacteurs, relais de surcharge) et de commande (transformateur, régulateur, capteurs, boutons d’arrêt). - **TP 19** : chambre froide avec tirage au vide unique ; schéma type avec un groupe frigorifique, un contacteur KM1, un relais de surcharge RS, un transformateur 230/24 V, un régulateur RT, une pompe à vide PV et une électrovanne EV. - **TP 20** : complexe à deux chambres ; deux possibilités (deux groupes indépendants ou groupe commun) ; nécessité de séparer les protections, d’assurer l’indépendance des consignes de température et de mettre en place un arrêt d’urgence commun. - **Étapes clés** : mise hors tension, installation du disjoncteur différentiel, raccordement du contacteur et du relais de surcharge, câblage du circuit de commande, mise à la terre, vérification d’isolement, essai fonctionnel. - **Valeurs caractéristiques** : disjoncteur différentiel 30 mA type A, disjoncteur magnétothermique 3P In = 20‑25 A selon la puissance, relais de surcharge réglé à 1,15 × In du compresseur, tension de commande 24 V CC (ou 230 V CA via relais), pression de vide cible < 5 mbar (TP 19) ou < 10 mbar avant ouverture de l’électrovanne (TP 20). - **Sécurité** : respect de la NF C 15-100, NF EN 60204-1, HACCP, habilitations B0/B1/B2. > **À retenir** : Le relais de surcharge doit toujours être réglé à 1,15 × le courant nominal du moteur pour protéger efficacement contre les surcharges mécaniques sans déclencher lors du démarrage. > **À retenir** : La mesure d’isolement entre chaque phase et la terre doit être supérieure à 1 MΩ avant toute mise sous tension. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | **Contacteur** | Dispositif électromagnétique permettant de commuter à distance un circuit de puissance (souvent triphasé) grâce à une bobine basse tension. | | **Relais de surcharge** | Élément de protection thermique qui ouvre le circuit lorsque le courant dépasse un seuil réglé pendant un temps déterminé, protégeant le moteur contre les surcharges mécaniques. | | **Disjoncteur différentiel** | Dispositif qui coupe l’alimentation dès qu’un courant de fuite différentiel dépasse un seuil (généralement 30 mA), assurant la protection des personnes contre les chocs électriques. | | **Transformateur d’isolement** | Appareil qui réduit la tension (ex. 230 V → 24 V) tout en isolant électriquement le primaire du secondaire, utilisé pour alimenter les circuits de commande. | | **Régulateur de température** | Contrôleur électronique qui compare la température mesurée (via un capteur PT100) à une consigne et commande l’activation/désactivation du compresseur ou d’autres actionneurs. | | **Capteur PT100** | Sonde de température à résistance platine dont la valeur varie de façon linéaire avec la température (100 Ω à 0 °C, 138,5 Ω à 100 °C). | | **Tirage au vide** | Opération consistant à évacuer l’air et l’humidité d’un circuit frigorifique à l’aide d’une pompe à vide avant la mise en charge du réfrigérant, afin d’éviter la formation d’acides et d’assurer une bonne efficacité thermique. | | **Électrovanne de service** | Vanne électromagnétique commandée en basse tension qui permet l’introduction du réfrigérant dans le circuit après le tirage au vide. | | **Sélectivité des protections** | Propriété d’un système de protection où seul le dispositif le plus proche du défaut se déclenche, laissant les autres circuits alimentés. | | **HACCP** | Système d’analyse des dangers et de maîtrise des points critiques pour garantir la sécurité des denrées alimentaires. | | **In (courant nominal)** | Courant continu qu’un appareil peut supporter indéfiniment sans dépasser sa température limite. | | **Cosφ (facteur de puissance)** | Rapport entre la puissance active et la puissance apparente d’un circuit alternatif ; valeur comprise entre 0 et 1. | | **IP65** | Indice de protection signifiant que l’appareil est totalement protégé contre la poussière et contre les jets d’eau de toutes directions. | | **Habilitation B0/B1/B2** | Niveaux d’habilitation électrique définis par la norme NF C 18-510, autorisant respectivement des travaux de basse tension hors tension, sous tension avec surveillance, et sous tension avec intervention directe. | --- ## Exercices d’application corrigés ### Exercice 1 – Dimensionnement du relais de surcharge Un compresseur hermétique de 4 kW, 380 V triphasé, cosφ = 0,85, est installé dans une chambre froide. **Question** : Calculer le courant nominal In du compresseur et déterminer le réglage approprié du relais de surcharge (choisir la valeur standard la plus proche parmi 5 A, 6 A, 8 A, 10 A). **Corrigé** 1. Courant nominal : \[ I_n = \frac{P}{\sqrt{3}\,U\,\cos\phi} = \frac{4000}{\sqrt{3}\times 380 \times 0,85} \approx \frac{4000}{558,6} \approx 7,16\text{ A} \] 2. Réglage du relais de surcharge : 1,15 × In ≈ 1,15 × 7,16 ≈ 8,23 A. On choisit la valeur standard la plus proche **supérieure** afin d’éviter un déclenchement prématuré : **10 A** (puisque 8 A est inférieure à la valeur calculée). > **À retenir** : Le relais de surcharge doit être réglé à au moins 1,15 × le courant nominal du moteur pour tenir compte du facteur de démarrage. ### Exercice 2 – Vérification de l’isolement avant mise sous tension Après le câblage d’une chambre froide (TP 19), vous mesurez les résistances d’isolement entre chaque phase et la terre avec un mégaohmmètre : - L1‑Terre = 0,8 MΩ - L2‑Terre = 1,2 MΩ - L3‑Terre = 0,9 MΩ **Question** : L’installation est‑elle conforme à la règle d’isolement minimale de 1 MΩ ? Que faut‑il faire ? **Corrigé** - Les mesures L1‑Terre (0,8 MΩ) et L3‑Terre (0,9 MΩ) sont inférieures à 1 MΩ → non conforme. - Il faut rechercher la cause : présence d’humidité, de saleté, ou d’un câble endommagé. - Actions correctives : sécher les boîtiers, nettoyer les connecteurs, remplacer les sections de câble suspectes, puis re‑mesurer jusqu’à obtenir ≥ 1 MΩ sur toutes les phases. > **À retenir** : Avant toute mise sous tension, la résistance d’isolement entre chaque conducteur actif et la terre doit être supérieure à 1 MΩ (mesurée à 500 V CC). ### Exercice 3 – Schéma de commande pour deux chambres Vous devez réaliser le câblage de deux chambres froides (A = ‑18 °C, B = +2 °C) utilisant un seul groupe frigorifique avec deux évaporateurs. Chaque chambre possède son propre régulateur (RTA, RTB) et son propre détendeur électromagnétique (EV_A, EV_B). **Question** : Dessinez en texte le schéma de commande (liste des éléments et leurs connexions) en mettant en évidence le bouton d’arrêt d’urgence commun et les témoins de marche séparés. **Corrigé** (description texte) - Alimentation 230 V CA → disjoncteur différentiel 30 mA → barrette de distribution. - Depuis la barrette, deux dérivations protégées chacune par un disjoncteur 3P In = 20 A, type C alimentent les contacteurs KM_A et KM_B (bobines 230 V CA). - Sorties des contacteurs → relais de surcharge RSA et RSB → entrées des compresseurs (U,V,W). - Chaque compresseur possède sa propre masse reliée à la barrette de terre. - Transformateurs d’isolement TA et TB (230 V → 24 V) alimentés depuis la même barrette. - Sortie 24 V de TA → entrée du régulateur RTA, sortie 24 V de TB → entrée du régulateur RTB. - Chaque régulateur reçoit son capteur PT100 (PT100A pour RTA, PT100B pour RTB). - Sortie 24 V de chaque régulateur commande respectivement l’électrovanne de service EV_A et EV_B (ouverture après vide). - Le bouton d’arrêt d’urgence (NO) est placé en série avec les deux chaînes de commande : 24 V → bouton d’arrêt → entrée des régulateurs (via leurs entrées d’alimentation). - Témoins de marche : LED_A connectée en parallèle à la sortie du régulateur RTA (via résistance limitatrice), LED_B en parallèle à la sortie du régulateur RTB. - Toutes les masses (boîtiers des contacteurs, régulateurs, transformateurs) sont reliées à la barrette de terre. > **À retenir** : Dans un système à deux chambres partageant un même groupe frigorifique, chaque régulateur doit disposer de sa propre chaîne d’alimentation basse tension afin d’éviter les rétroactions et garantir l’indépendance des consignes de température. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / correction | |----|------------------|-------------|----------------------------------| | 1 | Oublier de mettre à la terre le boîtier du contacteur ou du régulateur. | Risque de choc électrique en cas de défaut d’isolement. | Vérifier systématiquement la continuité de terre (< 1 Ω) avant mise sous tension. | | 2 | Régler le relais de surcharge à une valeur inférieure au courant nominal du moteur. | Déclenchement intempestif au démarrage, arrêt inutile de la chambre froide. | Régler à 1,15 × In (ou suivre la courbe du fabricant) et vérifier avec un ampèremètre au démarrage. | | 3 | Utiliser un disjoncteur différentiel de type AC au lieu de type A dans un environnement avec des charges électroniques (régulateurs, variateurs). | Le différentiel peut ne pas détecter les courants de fuite à composante continue, laissant un risque de choc. | Utiliser exclusivement un différentiel type A (ou B si présence de fréquences élevées) pour les prises et circuits de commande. | | 4 | Négliger le tirage au vide avant l’injection du réfrigérant. | Présence d’humidité et d’air → formation d’acides, réduction de l’efficacité, corrosion prématurée du compresseur. | Effectuer systématiquement le tirage au vide jusqu’à atteindre < 5 mbar (ou < 10 mbar selon le fluide) avant d’ouvrir l’électrovanne de service. | | 5 | Placer le bouton d’arrêt d’urgence en parallèle avec les chaînes de commande au lieu de en série. | L’arrêt ne coupe pas l’alimentation des régulateurs, les compresseurs continuent de fonctionner malgré l’activation du bouton d’urgence. | Toujours mettre le bouton d’arrêt d’urgence en série avec l’alimentation basse tension de chaque chaîne de commande. | | 6 | Utiliser des gaines de câble non adaptées (ex. PVC standard) dans les chambres froides où l’on utilise des produits de nettoyage chlorés. | Détérioration rapide de l’isolant, risque de court‑circuit et de contamination alimentaire. | Employer des gaines certifiées IP65 ou supérieure, résistantes aux produits de nettoyage (PVC spécial, gaine métallique avec revêtement anti‑corrosion). | > **À retenir** : Toute intervention sur une installation électrique doit commencer par une mise hors tension, une vérification d’absence de tension (VAT) et une validation de la consignation avant de reprendre le travail. > **À retenir** : Le respect de la séquence « mise hors tension → vérification d’isolement → mise sous tension → essai fonctionnel → réglage » permet de détecter la plupart des défauts avant qu’ils ne provoquent un arrêt de production ou un accident. --- *Fin du cours.*