L'électricité représente environ un tiers de l'énergie consommée dans le monde. L'électrotechnique est la science des applications domestiques et industrielles (production, transformation, transport, distribution et utilisation) de l'électricité. On peut distinguer deux sortes de courant électrique. L’électricité à courant continue (Piles, batterie…etc.) et l’électricité à courant alternative (Dans les maisons). Dans les dernières années, il y a eu la propulsion des énergies renouvelables comme l’énergie solaire photovoltaïque et l’énergie éolienne.
La méthode la plus courante pour produire de grandes quantités d'électricité est d'utiliser un générateur, convertissant une énergie mécanique en une tension alternative. D'une manière générale la source n'est pas forcément mécanique, on peut penser aux piles ou aux panneaux solaires par exemple.
Cette énergie d'origine mécanique est la plupart du temps obtenue à partir d'une source de chaleur, issue elle-même d'une énergie primaire, telles les énergies fossiles, pétrole, nucléaires ou une énergie renouvelable, l'énergie solaire. On peut également directement utiliser une énergie mécanique, l'énergie hydraulique ou l'énergie éolienne.
Le courant qui circule sur réseau électrique est le plus souvent alternatif et triphasé car c'est le plus économique à produire et à transporter. Alors que le consommateur final a besoin de courant à basse tension, moins dangereux à utiliser, il est plus économique de transporter un courant à très haute tension sur de longues distances.
En effet, à puissance constante, si l'on augmente la tension, on réduit l'intensité du courant et donc, également les pertes par effet Joule ou pertes thermiques, mais aussi l'effet « peau d'orange » qui limite la circulation des forts courants à la surface extérieure des conducteurs ce qui obligerait l'utilisation de câbles de cuivre de plus grosse section. On utilise donc des transformateurs élévateurs de tension de manière à réduire l'intensité du courant pour le transporter et, des transformateurs abaisseurs de tension pour la distribution (en basse tension) aux usagers.
La majorité de l'électricité utilisée dans la vie quotidienne provient du réseau électrique. Chaque habitation est reliée au réseau par l'intermédiaire d'un tableau électrique qui contient au moins un compteur destiné à la facturation ainsi qu'un disjoncteur de raccordement servant d'interrupteur général et, permettant de protéger l'installation. De ce disjoncteur sortent deux conducteurs qui alimentent l'installation domestique : la phase et le neutre et parfois deux conducteurs de phase supplémentaires, dans les installations triphasées.
On trouve ensuite un tableau de fusibles ou de disjoncteurs, distribuant le courant dans les différents circuits de la maison. On prévoit généralement des circuits spécialisés pour les appareils qui ont besoin de beaucoup de puissance (four, cuisinière électrique, lave-linge, lave-vaisselle, chauffe-eau...), normalement, par pièce un circuit pour l'éclairage et un pour les prises électriques. Pour chaque groupe de disjoncteur, on utilise un interrupteur différentiel.
Il existe en France trois normalisations en électricité :
Internationale : la Commission électrotechnique internationale (CEI);
Européenne : le Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique (CENELEC) ;
Française : l’Union technique de l'électricité (UTE).
Une nouvelle norme est sortie en août 2007 pour le contrôle des installations existantes de plus de 15 ans pour le diagnostic immobilier (obligatoire courant 1er semestre 2008).
Les principales normes de réalisation sont :
La NF C 15-100 : Installations électriques à basse tension ;
La NF C 13-100 : Postes de livraison ;
La NF C 13-200 : Installations électriques à haute tension ;
La NF C 14-100 : Installations de branchement (basse tension).
Un disjoncteur est un organe électromécanique, voire électronique, de protection, dont la fonction est d'interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique. Il est capable d'interrompre un courant de surcharge ou un courant de court-circuit dans une installation. Suivant sa conception, il peut surveiller un ou plusieurs paramètres d'une ligne électrique. Sa principale caractéristique par rapport au fusible est qu'il est réarmable (il est prévu pour ne subir aucune avarie lors de son fonctionnement). On peut distinguer deux sortes de disjoncteur :
Un disjoncteur différentiel est un interrupteur différentiel possédant un pouvoir de coupure (extinction de l'arc) et réalisant également une protection contre le courant de court-circuit (surcharge forte). Le principe d'un dispositif différentiel à courant résiduel (DDR) est de comparer les intensités sur les différents conducteurs qui le traversent. Par exemple, en monophasé, il compare l'intensité circulant dans le conducteur de phase, et celle du conducteur de neutre. C'est un appareil de protection des personnes qui limite les risques d'électrocution en détectant les fuites de courant à la terre de l'installation électrique.
Le dispositif différentiel est basé sur le principe suivant : dans une installation normale, le courant électrique qui arrive par un conducteur doit ressortir par un autre. Dans une installation monophasée, si le courant dans le conducteur de phase au départ d'un circuit électrique est différent de celui du conducteur neutre, c'est qu'il y a une fuite. La différence d'intensité du courant à laquelle réagit un disjoncteur est appelée la "sensibilité différentielle du disjoncteur" (obligatoirement 30 mA sur les circuits terminaux domestiques).
Son fonctionnement est très simple : chaque conducteur passe dans un tore magnétique, formant ainsi des champs électromagnétiques de force identique et en opposition qui s'annulent. En cas de différence, d'où son nom de « différentiel », le champ électromagnétique résultant actionne un dispositif qui coupe immédiatement le courant.
Il existe plusieurs classes de dispositifs différentiels :
Classe AC :Ils sont utilisés pour l’éclairage et pour les appareils de basse consommation ;
Classe A :Ils sont prévus pour les circuits dédiés, cuisinières, plaques de cuisson à induction, lave-linge, dont le fonctionnement produit des courants résiduels comportant une composante continue. La sécurité des personnes reste assurée, le risque de déclenchement injustifié reste limité. Les dispositifs différentiels de classe AC ne se déclenchent parfois pas sur ce type de courant de défaut. Dans le tertiaire, ce type de dispositif (interrupteur différentiel ou disjoncteur différentiel) est obligatoire sur les circuits ou les matériels de classe 1 qui sont susceptibles de produire le type de phénomène décrit ci-dessus;
Classe HI :(également appelés Hpi ou Si suivant les fabricants). Ce type de disjoncteur différentiel bénéficie d’une immunisation complémentaire contre les déclenchements intempestifs. Ils sont aussi recommandés pour les circuits nécessitant une continuité du service, tels que des congélateurs ou les circuits informatiques (généralement dans le Secteur tertiaire).
Si une installation présente un défaut d'isolement, le courant qui entre dans l'installation n'a pas la même intensité que celui qui en sort. Si le courant de fuite est plus faible que la valeur de fonctionnement des disjoncteurs placés dans le circuit, le défaut d'isolement n'est pas éliminé et peut provoquer la mise sous tension de masses métalliques avec risques d'incendie et d'électrocution des usagers.
Par exemple, si le câble qui alimente la machine à laver est défectueux et la phase touche la carcasse de la machine qui doit être relié à la terre. Si l'installation ne dispose pas de disjoncteur différentiel, la personne qui touchera la machine sera électrocutée. Dans ce cas, l’emploi de disjoncteurs différentiels permet d’éliminer ce risque, dès que la phase touche la carcasse, il disjoncte et il n'y plus de risque d'électrocution. C'est pour cela qu'il faut toujours brancher la terre sur les appareils métalliques sinon le disjoncteur ne détectera pas la fuite de courant et risque de ne pas sauter.
Le disjoncteur permet de protéger votre installation contre les risques de courts circuit et de surcharges. En cas d’incident, seul le disjoncteur du circuit concerné "saute". Son levier ou bouton-poussoir est en position inverse des autres. Une fois l’incident réglé, il suffit de réenclencher le disjoncteur. Son coût est plus élevé que le porte fusible mais il est beaucoup plus pratique.
Il existe 4 classes définies notamment dans la norme IEC 60950-1 :
Classe 0 : l’appareil possède une isolation fonctionnelle sans prise de terre. Les prises de ces équipements n'ont pas de broche de terre. La carcasse pourrait être mise à un potentiel dangereux pour l'Homme (par un défaut d'isolation par exemple) sans que le défaut ne soit détecté avant le contact ;
Classe 1 : l'appareil possède une isolation fonctionnelle avec une borne de terre et une liaison équipotentielle. Ces équipements ont des prises possédant une prise de terre sur laquelle sont connectées les parties métallique. Symbole pour des équipements de Classe 1 IEC 60417-5019 (DB:2002-10) :
Classe 2 : l'appareil possède une isolation renforcée sans parties métalliques accessibles. Les prises des équipements de classe 2 ne possèdent pas de broche de terre. Symbole pour des équipements de Classe 2 IEC 60417-5172 (DB:2003-02) :
Classe 3 : l’appareil fonctionne en très basse tension de sécurité (TBTS) de 50 volts maximum. L'abaissement de tension doit être réalisé à l'aide d'un transformateur de sécurité, réalisant une isolation galvanique sûre entre le primaire et le secondaire. Symbole pour des équipements de Classe 3 IEC 60417-5180 :
La classe de protection électrique de l'équipement doit être indiquée dessus à l'aide du symbole correspondant. La vente de matériel de classe 0 est interdite en Europe.
L'allumage par télérupteur est utilisé pour les pièces ou circulations nécessitant plus de 2 points de commande d'éclairage. On distingue deux types de télérupteur (Télérupteur unipolaire et télérupteur bipolaire). Il existe aussi des télérupteurs à commande de 12V. Dans ce cas, il faut rajouter un transformateur 230V/12V. Mais le principe est le même que les deux cas précédents.
L'allumage par minuterie est utilisé pour les pièces ou circulations nécessitant une extinction automatique après un certain temps comme dans les cages d’escalier. On distingue deux schémas d’installation (Minuterie dite « 3 fils » et minuterie dite « 4 fils »).
Les détecteurs de mouvement sont le plus souvent utilisés dans des lieux de passage (circulations, escaliers) et en extérieur. Il est également fréquent d'en trouver pour des raisons d'hygiène dans les sanitaires, permettant l'allumage sans contact physique. Pour ce dernier exemple, aucun interrupteur n'est requis pour forcer l'allumage. Le détecteur est alors le seul dispositif de commande disponible. Pour un éclairage en extérieur, il n'est pas rare d’ajouter une commande manuelle pour forcer l'allumage. Il faudra dans ce cas associer un détecteur de mouvement et interrupteur « va et vient ». Les détecteurs pour fonctionner ont besoin d'une alimentation permanente (phase et neutre). On peut trouver des systèmes de détection intégrés comme les hublots à détection et les projecteurs à détection et des systèmes de détection séparés qui remplacent les interrupteurs.
Les détecteurs de lumière sont le plus souvent utilisés dans l’éclairage public, dans les parkings extérieurs et dans les courts des établissements. Ce système permet un allumage automatique dès qu’il fait nuit et l’extinction automatique dès qu’il fait jour.