Karamö, le prof virtuelLeçon 25 sur 25
L'installation électrique domestique
Je sais décrire une installation électrique domestique, expliquer le rôle de chacun de ses éléments et calculer les intensités pour choisir une protection.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Décrire le trajet du courant du réseau jusqu'aux appareils (compteur, disjoncteur, tableau, circuits)
- Expliquer pourquoi les appareils sont montés en dérivation et pourquoi l'interrupteur est placé sur la phase
- Expliquer le rôle des protections : fusible, disjoncteur, disjoncteur différentiel, prise de terre
- Calculer les intensités d'une installation et choisir le calibre d'un fusible
Avant de commencer : Les associations en série et en dérivation, la loi d'Ohm, la puissance (P = U × I), la puissance des installations, l'énergie électrique, les effets du courant sur le corps humain.
1Je découvre
Lansana vient de construire sa maison à Kindia. Avant de faire venir l'électricien, il veut comprendre ce qu'il va payer : « un compteur », « un disjoncteur différentiel », « un tableau avec des fusibles », « une prise de terre », « des circuits séparés pour l'éclairage et les prises »…
Son fils Sékou, en 10e année, est chargé de l'aider à faire la liste des appareils : six lampes, un téléviseur, un réfrigérateur, un fer à repasser, un ventilateur. L'électricien pose une question précise : « Quelle intensité passera dans les fils quand tout fonctionnera en même temps ? Je dois choisir la section des fils et le calibre des fusibles. »
Sékou se souvient que les sujets du BEPC posent souvent ce genre de questions sur une installation domestique.
Comment une maison est-elle alimentée en électricité, à quoi sert chacun des éléments de l'installation, et comment calculer les intensités ?
2Je comprends
1. Du réseau jusqu'aux appareils
Le courant arrive du réseau par deux fils :
- la phase, qui est à une tension de 220 V (efficace) par rapport à la terre : c'est le fil dangereux ;
- le neutre, dont la tension par rapport à la terre est pratiquement nulle.
On reconnaît la phase avec un tournevis testeur : son petit voyant s'allume quand on touche la phase, pas quand on touche le neutre.
Le courant traverse ensuite, dans l'ordre :
- 1Le branchement : les fils du réseau (phase et neutre) arrivent à la maison.
- 2Le compteur mesure l'énergie consommée en kWh.
- 3Le disjoncteur général (souvent différentiel) coupe tout en cas de surintensité ou de fuite de courant.
- 4Le tableau de répartition distribue le courant vers plusieurs circuits, chacun protégé par un fusible ou un petit disjoncteur.
- 5Les circuits alimentent les lampes (avec leurs interrupteurs) et les prises de courant.
2. Tous les appareils sont montés en dérivation
Chaque lampe et chaque prise est branchée entre la phase et le neutre, en dérivation par rapport aux autres.
Ce montage présente trois avantages :
- chaque appareil reçoit la même tension de 220 V, c'est-à-dire sa tension nominale : il fonctionne normalement ;
- les appareils sont indépendants : si une lampe grille ou si l'on éteint le téléviseur, les autres continuent de fonctionner ;
- on peut ajouter un appareil sans perturber les autres.
Conséquence (loi des intensités en dérivation) : l'intensité dans les fils principaux est la somme des intensités qui traversent les appareils en fonctionnement :
I = I1 + I2 + I3 + … = PtotaleU
Si l'on montait deux lampes identiques de 220 V en série, chacune ne recevrait que 110 V : elles brilleraient faiblement, et si l'une grillait, l'autre s'éteindrait.
3. L'interrupteur se place sur la phase
L'interrupteur est monté en série avec la lampe qu'il commande, et toujours sur la phase. Ainsi, quand il est ouvert, la lampe et sa douille ne sont plus reliées à la phase : on peut changer l'ampoule sans risque d'électrisation. S'il était placé sur le neutre, la douille resterait reliée à la phase, même lampe éteinte.
(Pour une sécurité totale, on coupe quand même le disjoncteur avant toute intervention.)
4. Les protections
| Élément | Protège contre | Comment il agit |
|---|---|---|
| Fusible | surintensités, courts-circuits | un fil fin fond quand l'intensité dépasse son calibre ; il faut le remplacer par un fusible de même calibre |
| Disjoncteur | surintensités, courts-circuits | il s'ouvre automatiquement ; on le réarme après avoir supprimé la cause |
| Disjoncteur différentiel | fuites de courant (électrisation, défaut d'isolement) | il compare le courant qui part par la phase et celui qui revient par le neutre ; s'ils diffèrent (souvent de plus de 30 mA), il coupe |
| Prise de terre (fil vert et jaune) | électrisation par la carcasse métallique d'un appareil | elle relie la carcasse au sol : en cas de défaut, le courant de fuite part dans la terre et le différentiel coupe |
Le court-circuit. Si la phase et le neutre se touchent directement (fils dénudés, eau dans une prise), la résistance du circuit devient très petite. D'après la loi d'Ohm I = UR, l'intensité devient énorme : les fils chauffent et peuvent provoquer un incendie. Le fusible fond ou le disjoncteur s'ouvre aussitôt.
Exemple
Deux fils dénudés se touchent. La résistance des fils vaut environ 0,5 Ω. Quelle intensité traverserait le circuit sans protection ?
I = U / R = 220 / 0,5 = 440 A.
Un fusible de 10 A fond immédiatement : il protège les fils et la maison.
Les couleurs des fils. Dans les installations récentes, la terre est en vert et jaune, le neutre le plus souvent en bleu, et la phase d'une autre couleur (rouge, marron ou noir). Dans une installation ancienne, on ne se fie pas aux couleurs : on utilise un tournevis testeur.
5. Calculer et choisir une protection
Méthode
Pour étudier une installation domestique :
- Je liste les appareils qui fonctionnent en même temps avec leur puissance.
- Je calcule la puissance totale (somme) puis I totale = P totale / U.
- Pour un appareil : I = P / U ; pour sa résistance (appareil chauffant) : R = U / I ou R = U² / P.
- Je choisis le fusible ou le disjoncteur de calibre immédiatement supérieur à l'intensité prévue.
- Si on demande l'énergie : E = P × t (kWh), puis le coût = E × prix du kWh.
Exemple
Chez Lansana fonctionnent en même temps, sous 220 V : 6 lampes de 60 W, un téléviseur de 150 W, un réfrigérateur de 250 W et un fer à repasser de 1 000 W. On dispose de fusibles de 5 A, 10 A et 16 A pour protéger l'ensemble.
P totale = 6 × 60 + 150 + 250 + 1 000 = 360 + 150 + 250 + 1 000 = 1 760 W.
I totale = 1 760 / 220 = 8 A.
Intensité dans une lampe : I = 60 / 220 ≈ 0,27 A.
Intensité dans le fer : I = 1 000 / 220 ≈ 4,55 A.
Résistance du fer : R = U² / P = 48 400 / 1 000 = 48,4 Ω.
Fusible : 8 A dépasse 5 A, on choisit le calibre immédiatement supérieur, 10 A.
6. Une installation sûre au quotidien
- Faire réaliser l'installation par un électricien qualifié et exiger la prise de terre et le disjoncteur différentiel.
- Ne jamais remplacer un fusible par un fil ou par un fusible de calibre plus élevé.
- Ne pas surcharger les multiprises ; ne pas faire passer de fils sous les tapis ou près de l'eau.
- Couper le disjoncteur avant de changer une douille, une prise ou un interrupteur.
- Les branchements improvisés sur le réseau, sans compteur ni protection, sont dangereux : ils provoquent des électrocutions et des incendies.
Dans les zones non raccordées au réseau, beaucoup de familles utilisent un kit solaire : les règles sont les mêmes (appareils en dérivation, protection par fusible), avec une tension souvent de 12 V en continu, ou de 220 V alternatif après un onduleur.
3Je retiens
Je retiens
Le courant arrive par la phase (220 V, dangereuse) et le neutre. Trajet : compteur (énergie en kWh), disjoncteur général différentiel, tableau avec fusibles ou disjoncteurs, circuits.
Tous les appareils sont en dérivation entre phase et neutre : même tension de 220 V, fonctionnement indépendant.
Intensité principale : I = I1 + I2 + … = P totale / U.
L'interrupteur est en série avec la lampe, sur la phase.
Fusible et disjoncteur : protection contre les surintensités et les courts-circuits. Différentiel (30 mA) : protection des personnes. Prise de terre (vert et jaune) : relie les carcasses métalliques au sol.
On choisit le calibre de protection immédiatement supérieur à l'intensité prévue.
4Erreurs fréquentes
- Dire que les appareils d'une maison sont en série : ils sont en dérivation, sinon ils ne recevraient pas 220 V et dépendraient les uns des autres.
- Placer l'interrupteur sur le neutre : la lampe s'éteint, mais la douille reste reliée à la phase et reste dangereuse.
- Confondre le rôle du disjoncteur et celui du compteur : le compteur mesure l'énergie, le disjoncteur protège.
- Choisir un fusible de calibre inférieur à l'intensité normale (il fond sans arrêt) ou très supérieur (il ne protège plus).
5Je m’exerce
1Exercice 1
Donne le rôle de chacun des éléments suivants d'une installation domestique : a) le compteur ; b) le disjoncteur différentiel ; c) le fusible ; d) la prise de terre ; e) l'interrupteur.
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a) Le compteur mesure l'énergie électrique consommée par l'installation, en kWh.
b) Le disjoncteur différentiel coupe le courant lorsqu'il détecte une fuite (souvent au-delà de 30 mA), par exemple à travers une personne : il protège les personnes.
c) Le fusible fond et ouvre le circuit quand l'intensité dépasse son calibre : il protège les fils et les appareils contre les surintensités et les courts-circuits.
d) La prise de terre relie les carcasses métalliques des appareils au sol : en cas de défaut, le courant de fuite part dans la terre au lieu de traverser l'utilisateur.
e) L'interrupteur, monté en série sur la phase, permet d'allumer ou d'éteindre un appareil.
2Exercice 2
a) Comment sont montés les appareils d'une installation domestique ? Donne deux avantages de ce montage.
b) Dans la cuisine, une lampe grille. Que deviennent les autres appareils ? Justifie.
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a) Les appareils sont montés en dérivation entre la phase et le neutre. Avantages : chacun reçoit la même tension de 220 V (sa tension nominale) ; ils fonctionnent indépendamment les uns des autres.
b) Les autres appareils continuent de fonctionner : en dérivation, chaque appareil est sur sa propre branche ; la branche de la lampe grillée est ouverte, mais les autres branches restent fermées.
3Exercice 3
(Type BEPC) Une installation domestique alimentée sous 220 V comprend : 4 lampes de 75 W, un ventilateur de 100 W, un téléviseur de 120 W et un fer à repasser de 880 W. Tous fonctionnent en même temps.
a) Calcule la puissance totale.
b) Calcule l'intensité du courant dans le circuit principal (arrondie au centième).
c) Calcule l'intensité du courant qui traverse le fer à repasser, puis la résistance de son élément chauffant.
d) On dispose de fusibles de 5 A, 10 A et 15 A. Lequel choisir pour protéger l'installation ? Justifie.
e) Le fer fonctionne 1 h 30 min. Calcule l'énergie qu'il consomme, en kWh.
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a) Ptotale = 4 × 75 + 100 + 120 + 880 = 300 + 100 + 120 + 880 = 1 400 W.
b) I = PtotaleU = 1 400220 ≈ 6,36 A.
c) Ifer = 880220 = 4 A. R = UI = 2204 = 55 Ω.
d) On choisit le calibre immédiatement supérieur à 6,36 A : le fusible de 10 A. Celui de 5 A fondrait en fonctionnement normal ; celui de 15 A protégerait moins bien.
e) E = P × t = 0,88 kW × 1,5 h = 1,32 kWh.
4Exercice 4
Aïssatou veut changer l'ampoule du salon.
a) Pourquoi l'interrupteur doit-il être placé sur la phase ?
b) Quel outil permet de savoir quel fil est la phase ?
c) Quelle précaution doit-elle prendre, même si l'interrupteur est bien placé ?
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a) Pour que, lorsque l'interrupteur est ouvert, la douille et la lampe ne soient plus reliées à la phase : on évite l'électrisation en changeant l'ampoule.
b) Le tournevis testeur : son voyant s'allume sur la phase.
c) Elle doit couper le disjoncteur (ou le fusible du circuit d'éclairage) avant d'intervenir, et avoir les mains sèches.
5Exercice 5
Un apprenti électricien a monté deux lampes identiques « 220 V – 100 W » en série entre la phase et le neutre.
a) Quelle tension reçoit chaque lampe ?
b) Les lampes fonctionnent-elles normalement ? Justifie.
c) Que se passe-t-il si l'une des lampes grille ?
d) Comment aurait-il dû les monter ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Les deux lampes sont identiques et en série : la tension de 220 V se partage également, chacune reçoit 2202 = 110 V.
b) Non : elles reçoivent 110 V au lieu de leur tension nominale de 220 V. Elles sont sous-alimentées et brillent faiblement.
c) En série, le circuit est ouvert : l'autre lampe s'éteint aussi.
d) Il aurait dû les monter en dérivation, chacune entre la phase et le neutre, avec son propre interrupteur placé sur la phase.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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Leçon ajoutée par Kharandi pour compléter le programme de la classe.
