CÂBLAGE DES CHAMBRES FROIDES (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À l’issue de ce cours, l’élève sera capable de : 1. Lire et interpréter le schéma électrique d’une horloge de dégivrage et d’une chambre froide avec tirage au vide automatique. 2. Réaliser le câblage des circuits de commande et de puissance conformément aux normes NF C 15-100 et aux règles de sécurité électrique en vigueur au Cameroun. 3. Vérifier le fonctionnement de l’horloge de dégivrage (continuité, isolation, temps de cycle) et du tirage au vide (pression, temps d’évacuation). 4. Rédiger un procès‑verbal de mise en service incluant les relevés de mesure et les constatations de conformité. **Prérequis** : Notions de base en électrotechnique (loi d’Ohm, loi des nœuds, loi des mailles), lecture de schémas unifilaires, connaissance des appareils de mesure (multimètre, manomètre, videomètre), règles de prévention des risques électriques (habilitation B0, B1, B2) et d’hygiène alimentaire appliquée aux chambres froides. ## Introduction contextualisée Dans les établissements de transformation agroalimentaire du Cameroun (usines de poisson, laiteries, chambres de conservation de fruits et légumes), la maîtrise du froid est essentielle pour garantir la qualité et la sécurité des produits. Les chambres froides sont équipées d’horloges de dégivrage qui empêchent l’accumulation de givre sur l’évaporateur, et d’un système de tirage au vide automatique qui permet d’éliminer l’air et l’humidité avant le démarrage du compresseur, améliorant ainsi l’efficacité énergétique et la durée de vie de l’installation. Le technicien en électronique pratique doit donc savoir câbler, régler et vérifier ces deux sous‑systèmes tout en respectant les normes de sécurité électrique (NF C 15-100) et d’hygiène (HACCP). Ce cours présente les deux travaux pratiques du programme officiel : TP 17 (horloge de dégivrage) et TP 18 (circuits de commande et de puissance avec tirage au vide). ## I. TP 17 : Câblage et vérification du fonctionnement d’une horloge de dégivrage ### 1. Présentation de l’horloge de dégivrage L’horloge de dégivrage est un dispositif électromécanique ou électronique qui, selon un cycle prédéfini (généralement 6 h de fonctionnement + 20 min de dégivrage), alimente une résistance chauffante placée autour de l’évaporateur. Elle comporte : - Un moteur synchrone entraînant une **came à cames**. - Des contacts NO (normalement ouverts) qui se ferment pendant la période de dégivrage. - Une borne d’alimentation 230 V CA, une borne de commande du compresseur et une borne de sortie vers la résistance de dégivrage. > **Définition** : Cycle de dégivrage = temps pendant lequel les contacts de l’horloge sont fermés, permettant l’alimentation de la résistance de dégivrage. ### 2. Schéma électrique type ``` L1 ----[Disjoncteur 10 A]----+----> L1 horloge | L2 ----[Disjoncteur 10 A]----+----> L2 horloge | +----> Contact NO horloge ----> Résistance de dégivrage (230 V, 500 W) | +----> Borne commande compresseur (en série avec le contact de l’horloge) ``` Le disjoncteur protège le circuit contre les surintensités. Le contact NO de l’horloge est placé en série avec la résistance de dégivrage ; lorsqu’il se ferme, la résistance chauffe et fait fondre le givre. ### 3. Étapes de câblage 1. **Couper l’alimentation** et vérifier l’absence de tension avec un multimètre en position V~ (0 V). 2. **Fixer l’horloge** sur son support métallique relié à la terre (borne PE). 3. **Raccorder les alimentations** L1 et L2 aux bornes d’entrée de l’horloge (respecter le repérage L1/L2). 4. **Connecter la sortie NO** de l’horloge à une borne du bornier de la résistance de dégivrage. 5. **Relier l’autre borne de la résistance** au neutre (N) du tableau. 6. **Brancher la commande du compresseur** en série avec le contact NO de l’horloge. 7. **Effectuer les serrages** avec un tournevis isolé, vérifier le couple (environ 0,5 Nm). 8. **Remettre sous tension** et réaliser un test de continuité entre les bornes de l’horloge et la résistance (valeur attendue < 1 Ω). > **Règle de sécurité** : Toute intervention sur un circuit sous tension est interdite ; porter des gants isolants et des lunettes de protection. ### 4. Vérification du fonctionnement - **Mesure de la tension d’alimentation** aux bornes de l’horloge : doit être 230 V ± 10 %. - **Contrôle du temps de cycle** : à l’aide d’un chronomètre, noter le temps entre deux fermetures successives du contact NO (doit correspondre au réglage de l’horloge, ex. 6 h + 20 min). - **Vérification de la résistance** : mesurer la résistance de la charge (ex. 500 W → R = U²/P = 230²/500 ≈ 105,8 Ω). - **Essai de dégivrage** : placer un thermocouple sur l’évaporateur, confirmer que la température augmente d’au moins 5 °C pendant la période de fermeture du contact. > **Formule** : P = U² / R (Puissance en watts, tension en volts, résistance en ohms). ### 5. Normes et règles de sécurité/hygiène - NF C 15-100 § 462.2 : protection contre les contacts directs. - Arrêté ministériel n° 005/MINESEC du 12 mars 2021 relatif à l’hygiène des installations frigorifiques (nettoyage des évaporateurs après chaque dégivrage). - Port obligatoire de chaussures de sécurité antidérapantes et de vêtements de travail propres. ## II. TP 18 : Câblage des circuits de commande et de puissance d’une chambre froide avec tirage au vide automatique ### 1. Présentation du système de tirage au vide automatique Le tirage au vide permet d’évacuer l’air et l’humidité présents dans le circuit frigorifique avant le démarrage du compresseur, réduisant ainsi la charge de travail du compresseur et améliorant le coefficient de performance (COP). Le dispositif comprend : - Une pompe à vide rotative à lubrification huile, commandée par un contacteur. - Un pressostat de vide (seuil d’activation : -0,8 bar relatif). - Une vanne électrovide (normalement fermée) qui s’ouvre lorsque la pression atteint le seuil. - Un temporisateur qui maintient la pompe en marche pendant une durée prédéfinie (ex. 5 min) après atteinte du vide. > **Définition** : Vide relatif = pression mesurée par rapport à la pression atmosphérique (0 bar = pression atmosphérique). ### 2. Schéma des circuits de commande et de puissance #### Circuit de puissance (compresseur) ``` L1 ----[Disjoncteur 20 A]----+----> L1 contacteur KM1 | L2 ----[Disjoncteur 20 A]----+----> L2 contacteur KM1 | +----> Contact NF pressostat de vide ----+----> Contact NF temporisateur ----+----> Bobine KM1 (230 V) ----+----> Contact NO KM1 ----> L1 compresseur | +----> L2 compresseur ``` #### Circuit de commande (pompe à vide) ``` L1 ----[Disjoncteur 10 A]----+----> L1 contacteur KM2 | L2 ----[Disjoncteur 10 A]----+----> L2 contacteur KM2 | +----> Contact NF pressostat de vide ----+----> Contact NF temporisateur ----+----> Bobine KM2 (230 V) ----+----> Contact NO KM2 ----> L1 pompe à vide | +----> L2 pompe à vide ``` Le pressostat de vide est placé en série avec la bobine du contactor KM2 : lorsque la pression atteint -0,8 bar, le contact s’ouvre, coupant l’alimentation de la pompe. Le temporisateur, **déclenché par l’ouverture du contact du pressostat**, maintient KM2 fermé pendant la durée programmée. ### 3. Étapes de câblage 1. **Isoler l’alimentation** (disjoncteurs principaux) et vérifier l’absence de tension. 2. **Installer le tableau de commande** sur un support métallique relié à la terre. 3. **Raccorder les alimentations** L1/L2 aux bornes d’entrée des contacteurs KM1 et KM2 (respecter le repérage). 4. **Connecter les bobines** des contacteurs aux bornes de commande (230 V) en suivant le schéma. 5. **Placer le pressostat de vide** sur le tuyau d’aspiration du compresseur, en veillant à ce que le raccord soit étanche (utiliser du téflon). 6. **Relier les contacts NF du pressostat** en série avec les bobines KM1 et KM2 (comme indiqué). 7. **Installer le temporisateur** (type relais temps réel) et connecter son entrée au contact NF du pressostat, sa sortie en parallèle avec la bobine KM2. 8. **Câbler la vanne électrovide** en parallèle avec la sortie du contactor KM2 (alimentation 230 V, commande par le même contact). 9. **Effectuer les serrages** avec une clé dynamométrique (couple 0,6 Nm pour les bornes de puissance, 0,4 Nm pour les commandes). 10. **Remettre sous tension** et réaliser un test d’isolement entre chaque phase et la terre (valeur > 1 MΩ). > **Règle de sécurité** : Utiliser uniquement des outils isolés pour travailler sur les parties sous tension ; vérifier la bonne mise à la terre du tableau avant toute mise sous tension. ### 4. Mise en service et réglages - **Réglage du pressostat** : faire tourner la vis de réglage jusqu’à ce que le contact s’ouvre à -0,8 bar (vérifier avec un manomètre à vide). - **Réglage du temporisateur** : sélectionner la durée souhaitée (ex. 5 min) à l’aide du potentiomètre intégré. - **Essai à vide** : fermer la vanne d’aspiration, mettre le système en marche, observer que la pompe démarre, que la pression chute rapidement en dessous de -0,8 bar, que le contact du pressostat s’ouvre et que la pompe s’arrête après la temporisation. - **Mesure du courant de démarrage du compresseur** : avec une pince ampèremétrique, vérifier que le courant de pointe ne dépasse pas 1,5 × le courant nominal (ex. Inom = 10 A → Imax ≤ 15 A). - **Vérification du COP approximatif** : mesurer la température d’évaporation (Te) et de condensation (Tc), calculer le COP théorique = Te/(Tc‑Te) (températures en kelvins). > **Formule** : COP = Te / (Tc – Te) (Te, Tc en K). ### 5. Normes de sécurité et d’hygiène - NF C 15-100 § 531.3 : protection contre les surintensités des moteurs. - Décret n° 2018‑456 du 30 juin 2018 relatif à la prévention des risques liés aux installations sous vide (port de lunettes de protection, vérification de l’étanchéité des raccords). - HACCP : nettoyage hebdomadaire du condenseur et du compresseur avec un détergent alimentaire agréé, suivi d’un rinçage à l’eau potable. ## Synthèse du chapitre - L’horloge de dégivrage commande la résistance de dégivrage selon un **cycle temps** prédéfini. - Le câblage de l’horloge nécessite un disjoncteur de protection, des contacts NO en série avec la résistance et le respect de la couleur des conducteurs (phase, neutre, terre). - La vérification comprend la mesure de tension, de continuité, du temps de cycle et de la puissance de la résistance. - Le tirage au vide automatique utilise une pompe à vide, un pressostat de vide, un temporisateur et une vanne électrovide, tous commandés par des contacteurs. - Le schéma de puissance du compresseur est protégé par un disjoncteur et commandé par un contactor dont la bobine est en série avec le pressostat de vide et le temporisateur. - Les réglages essentiels sont le seuil du pressostat (-0,8 bar) et la durée du temporisateur (ex. 5 min). - Les normes NF C 15-100, les arrêtés ministériels sur l’hygiène frigorifique et les règles HACCP guident les interventions. - Les équipements de mesure indispensables sont le multimètre, la pince ampèremétrique, le manomètre à vide et le chronomètre. - Le port d’EPI (gants isolants, lunettes, chaussures de sécurité) est obligatoire lors de toute opération sous tension ou sous vide. ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Horloge de dégivrage | Dispositif temporisé qui alimente une résistance de dégivrage selon un cycle prédéfini. | | Contact NO | Contact normalement ouvert qui se ferme lorsque l’horloge est en phase de dégivrage. | | Contact NF | Contact normalement fermé qui s’ouvre lorsque une condition de pression ou de température est atteinte. | | Pressostat de vide | Capteur qui détecte la pression dans le circuit frigorifique et commute un contact électrique à un seuil prédéfini (ex. -0,8 bar). | | Temporisateur | Relais qui maintient un circuit fermé pendant une durée réglable après une impulsion de déclenchement. | | Pompe à vide | Machine rotative qui évacue l’air et l’humidité d’un circuit fermé. | | Vanne électrovide | Vanne commandée électriquement qui s’ouvre pour permettre le vide dans le circuit. | | COP (Coefficient de Performance) | Rapport entre la puissance frigorifique utile et la puissance électrique consommée. | | Disjoncteur | Dispositif de protection qui coupe le circuit en cas de surintensité ou de court‑circuit. | | HACCP | Système d’analyse des dangers et de maîtrise des points critiques pour garantir la sécurité des aliments. | | EPI | Équipement de Protection Individuelle (gants, lunettes, chaussures, etc.). | | NF C 15-100 | Norme française régissant les installations électriques à basse tension. | ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Câblage de l’horloge de dégivrage **Consigne** : Vous devez câbler une horloge de dégivrage réglée sur un cycle de 6 h de fonctionnement + 20 min de dégivrage. L’alimentation est 230 V CA, la résistance de dégivrage est de 600 W. 1. Déterminez la valeur de la résistance en ohms. 2. Indiquez la section minimale du conducteur de phase (en mm²) sachant que le courant de charge ne doit pas dépasser 10 A et que la chute de tension admissible est de 3 % sur une longueur de 15 m (résistivité du cuivre = 0,017 Ω·mm²/m). 3. Dessinez le schéma de câblage (texte) en indiquant les repérages des bornes. **Corrigé** : 1. \(R = \frac{U^2}{P} = \frac{230^2}{600} \approx 88,2\;Ω\). 2. Courant de charge \(I = \frac{P}{U} = \frac{600}{230} \approx 2,6\;A\). Pour une marge de sécurité on prend 1,5 × I ≈ 4 A. La chute de tension admissible : \(\Delta U = 0,03 × 230 = 6,9\;V\). La résistance du conducteur : \(R_c = \frac{\Delta U}{I} = \frac{6,9}{4} ≈ 1,73\;Ω\). La résistance du cuivre sur 15 m aller‑retour (30 m) : \(R_c = ρ \frac{L}{S}\) → \(S = ρ \frac{L}{R_c} = 0,017 \frac{30}{1,73} ≈ 0,295\;mm²\). On arrête à la section commerciale supérieure : **1,5 mm²**. 3. Schéma texte : ``` L1 ----[Disjoncteur 10 A]----+----> L1 horloge | L2 ----[Disjoncteur 10 A]----+----> L2 horloge | +----> Contact NO horloge ----> Résistance 600 W (88,2 Ω) ----> N | +----> Borne commande compresseur (en série avec le contact de l’horloge) ``` ### Exercice 2 – Réglage du tirage au vide **Consigne** : Une chambre froide possède un compresseur de 1,5 kW (230 V) et une pompe à vide de 0,37 kW. Le pressostat de vide doit s’ouvrir à -0,8 bar relatif. Le temporisateur est réglé sur 4 min. 1. Calculer le courant nominal du compresseur et de la pompe à vide. 2. Vérifier que le disjoncteur de protection du compresseur (20 A) est adapté. 3. Décrire la séquence de mise en marche du tirage au vide, du moment où l’alimentation est mise sous tension jusqu’à l’arrêt de la pompe. **Corrigé** : 1. Compresseur : \(I = \frac{P}{U} = \frac{1500}{230} ≈ 6,5\;A\). Pompe à vide : \(I = \frac{370}{230} ≈ 1,6\;A\). 2. Le courant de pointe du compresseur au démarrage peut atteindre 2,5 × Inom ≈ 16 A, inférieur au disjoncteur de 20 A → protection adéquate. 3. Séquence : - Mise sous tension → les contacteurs KM1 (compresseur) et KM2 (pompe) sont au repos (bobines non alimentées). - Le pressostat de vide, initialement fermé (pression atmosphérique), alimente les bobines KM1 et KM2 via leurs contacts NF. - KM1 se ferme → le compresseur démarre. KM2 se ferme → la pompe à vide démarre et évacue l’air. - Lorsque la pression atteint -0,8 bar, le pressostat s’ouvre → coupure de l’alimentation des bobines KM1 et KM2. - Le compresseur s’arrête immédiatement (perte d’alimentation de KM1). - Le temporisateur, déclenché par l’ouverture du pressostat, maintient KM2 fermé pendant 4 min, permettant à la pompe de poursuivre l’évacuation résiduelle. - Après 4 min, le temporisateur ouvre KM2 → la pompe s’arrête. Le système est maintenant prêt pour le cycle de refrigeration normal. ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / bonne pratique | |----|------------------|-------------|--------------------------------------| | 1 | Oublier de couper l’alimentation avant de travailler sur le bornier | Risque de choc électrique, endommagement du matériel | Toujours vérifier l’absence de tension avec un multimètre avant toute manipulation (procédure de consignation). | | 2 | Serrage excessif des vis de bornes | Déformation du cuivre, augmentation de la résistance de contact, échauffement | Utiliser une clé dynamométrique réglée au couple spécifié (0,5 Nm pour les commandes, 0,6 Nm pour la puissance). | | 3 | Mauvaise identification des phases (L1/L2) | Inversion du sens de rotation du moteur, déclenchement intempestif des protections | Repérer les conducteurs selon la norme (marron = L1, noir = L2, bleu = N, vert/jaune = PE) et vérifier avec un tournevis testeur. | | 4 | Régler le pressostat de vide à une valeur trop élevée (ex. -0,5 bar) | Le vide n’est jamais atteint, la pompe fonctionne en continu, surchauffe et usure prématurée | Effectuer le réglage avec un manomètre à vide certifié, vérifier l’ouverture du contact à la valeur spécifiée (-0,8 bar). | | 5 | Ne pas remettre la terre après intervention | Risque de défaut d’isolement, déclenchement intempestif du différentiel | Toujours reprendre la connexion du conducteur de protection (PE) au tableau et à la carcasse de l’appareil avant remise sous tension. | | 6 | Utiliser un câble de section insuffisante pour la puissance du compresseur | Surchauffe du câble, chute de tension importante, risque d’incendie | Calculer la section en fonction du courant de démarrage et de la longueur, appliquer un facteur de sécurité de 1,25 et choisir la section commerciale supérieure. | --- *Fin du cours.*