Le schéma d'électricité est une représentation symbolique et conventionnelle des installations électriques.
Il représente les différentes liaisons entre les éléments d'une installation, d'un ensemble d'appareils ou d'un appareil.
Le diagramme aide la compréhension d'un schéma en donnant des informations complémentaires.
Il facilite l'analyse d'actions successives en précisant, le cas échant, la valeur des intervalles de temps entre celles-ci.
Un tableau complète ou remplace un schéma. Il permet de préciser :
On veut éclairer un couloir. L'éclairage se fera à l'aide de 3 ampoules. Etant donné la longueur du couloir, on prévoit 4 interrupteurs pour commander les ampoules.
Comme on utilise plus de 2 interrupteurs, on ne pourra pas utiliser un système de " va et vient ", on utilisera donc un télérupteur.
Un télérupteur est un dispositif permettant de fermer ou d'ouvrir un contact (pour laisser passer ou non le courant dans les lampes) à l'aide d'une commande à distance par impulsion (appui sur un des boutons poussoir). L'état du contact est maintenu (lampe allumée ou éteinte) jusqu'à la prochaine impulsion (appui sur le bouton poussoir).
Le matériel nécessaire sera :
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Figure n°5 : Le matériel
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Le schéma étant une représentation symbolique, un symbole va être associé a chacun des éléments (cf. figure n°6).
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Figure n°6 : Symboles
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Comme cette représentation est conventionnelle, elle est normalisée (normes NF C03-201 à 213).
Il ne manque plus qu'a représenter les liaisons électriques pour obtenir un schéma (cf. figure 7).
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Figure n°7 : Schéma électrique de l'éclairage du couloir
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La figure n°8 illustre les différents types de schémas :
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Figure n°8 : Les différents types de schémas
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Il existe également différents types de représentation.
Il existe deux types de représentation : multifilaire et unifilaire (cf. figure 9).
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Figure n°9 : Représentation multifilaire
(à gauche) et unifilaire (à droite)
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La représentation unifilaire permet d'alléger les schémas, elle ne doit pas faire apparaître d'ambiguïté. Une barre représente une phase, pour le neutre, il faut ajouter un rond en dessous, et, pour le conducteur de protection un trait vertical. La figure n°10 présente des équivalences entre la représentation unifilaire et multifilaire. Pour les phases, il est également possible de mettre une seule barre et d'indiquer le nombre de phases.
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Figure n°10 : Équivalences entre les représentations
unifilaire et multifilaire
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Il existe différentes manières de positionner les symboles dans un schéma :
Certaines représentations comme la représentation assemblée ne sont pas adaptées pour les schémas complexes (les schémas deviennent illisibles).
La figure n°11 montre un exemple d'utilisation de ces représentations.
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Figure n°11 : Schéma en représentation
développée
N.B. : La représentation développée ne fait pas apparaître le repérage complet qui sera vu plus tard |
Dans une représentation topographique, la disposition des symboles correspond à leur emplacement géographique. Cette représentation est utilisée pour :
La figure n°12 montre des exemples de représentation topographique :
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Figure n°12 : exemple de représentations
topographiques
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Le nombre de symboles normalisés étant assez important, seuls les principaux seront décrits. Les autres symboles sont disponibles dans les normes NF C03-201 à 213. Les appareils ont été classés dans ce chapitre suivant 5 catégories : isoler, protéger, commander la puissance, convertir l'énergie, communiquer.
Une armoire électrique, l'installation d'un particulier, … doit pouvoir être isolée du réseau électrique afin de pouvoir la modifier ou la réparer. Pour ce faire, on utilise un sectionneur qui va supprimer tout lien entre le circuit électrique et le réseau électrique.
Le rôle d'un sectionneur est de séparer et non d'arrêter l'installation, il doit être manipulé une fois l'installation arrêtée. Dans le cas contraire un arc électrique se produira et il y aura un risque de soudure des pôles du sectionneur. On dit que le sectionneur a un faible pouvoir de coupure (capacité à interrompre un courant).
Il existe des variantes plus ou moins évoluées du sectionneur :
La figure n°13 montre des photos et des schémas du sectionneur et de ses variantes.
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Sectionneur / Sectionneur triphasé
avec contact de précoupure / Interrupteur sectionneur
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sectionneur fusible SF
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Sectionneurs porte fusible tripolaires LS1 GK1
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Interrupteur sectionneur NG125NA
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Figure n°13 : Sectionneurs : schémas et
photos
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Il est possible d'ajouter sur certains sectionneurs des blocs additifs permettant par exemple d'indiquer à un automate l'état du sectionneur.
Sur les schémas les appareils sont toujours représentés en position de repos. En position de repos le contact Q2 est ouvert, lorsque l'on agira sur le sectionneur, il sera fermé, on appelle donc se type de contact, contact à fermeture ou contact Normalement Ouvert/Normaly Closed (NO/NC chez les anglophones).
Les circuits électriques doivent être protégés contre les court-circuits (contact entre deux phases ou entre phase et neutre I>10.In), les surcharges et les calages de moteur (provoquant une consommation de courant excessive pendant un temps non négligeable In<I<10.In). Pour les moteurs, il est également intéressant d'avoir une protection contre l'absence ou le déséquilibre de phases.
Lorsque l'on utilise des moteurs (fournissant un couple constant pendant une longue période), leur consommation de courant pendant la phase de démarrage est importante puis elle se stabilise en fonctionnement normal (pic de courant). Dès lors, les protections ne doivent pas intervenir en cas de pic de courant dû au démarrage d'un moteur. On doit ainsi prendre en compte l'information intensité-durée pour décider de la coupure ou non du circuit électrique. A l'opposé des sectionneur, les disjoncteur on un fort pouvoir de coupure
Le fusible est constitué d'un fil conducteur qui fond quand le courant le traversant dépasse le calibre du fusible. Il sert donc de protection contre les court-circuits (et peut être utilisé pour la protection des surcharge dans un circuit sans pointe de courant). Un fusible fondu n'est pas réutilisable et doit être changé. Il existe des fusibles avec un témoin lumineux (F2) et avec un percuteur (F3) indiquant l'état du fusible comme le montre la figure n°14. Dans le cas d'un réseau triphasé, le neutre ne doit pas être protégé.
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... / Témoin / Percurteur
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Figure n°14 : Symboles associés aux fusibles
et photo
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Dans une installation triphasée commandant un moteur, si un fusible fond, le moteur sera toujours alimenté par deux autres phases ce qui risque de le détériorer. Ceci montre l'intérêt des fusibles à percuteur permettant d'informer le circuit de commande qui stoppera le moteur. Pour les moteur on utilisera des protections supplémentaires (relais thermique, …).
Le contact du fusible percuteur F3 est un contact à ouverture ou Normalement Fermé/Normaly Closed (NO/NC) pour les anglophones.
Les fusibles véhiculant de très forts courants (dans les postes de livraisons par exemple) sont conçus pour fondre au bout de plusieurs minutes. Ainsi, lors d'un accident (court circuit, …), il ne faut pas présumer de l'état des fusibles ! Il faudra donc couper le courant avant tout secours.
Un fusible est conçu pour protéger une installation et n'est pas destiné à protéger une personne imprudente.
Il existe différents types de fusibles dont :
Le relais magnétique comprend :
Si le courant dépasse la valeur de réglage, les contacts changent d'état (le contact à ouverture s'ouvre et le contact à fermeture se ferme).
Le rôle du relais magnétique se limite à indiquer un dépassement de courant, c'est au circuit de commande de prendre les mesures nécessaires (coupure de courant, …).
La figure n°15 montre les deux symboles du relais magnétique :
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Figure n°15 : Symboles du relais magnétique
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Il existe des relais magnétiques avec soit des contacts à accrochage (bistable) soit des contacts monostables.
Le but du relais thermique est d'indiquer un échauffement anormal d'une machine (moteur, …) qui représente 44 % des défaillances d'une machine. Cet échauffement est causé par une augmentation du courant consommé par le moteur (surcharge). Une surcharge réduit la durée de vie des machines, néanmoins, son effet n'est pas immédiat. Il faudra donc soit supprimer la cause de la surcharge (continuité du fonctionnement) soit arrêter la machine.
Le relais thermique comporte :
L'échauffement des enroulements dû à une surcharge provoque une déformation des bilames. Lorsque la déformation est suffisante, les bilames libèrent la butée de maintien et ouvrent le contact du relais. Le contact du relais est un contact à accrochage.
Généralement, les relais thermiques sont également sensibles a une perte de phase (ce qui évite d'alimenter un moteur avec 2 phases au lieu 3 quand un fusible fond par exemple).
Le temps de réaction est plus élevé que pour les relais magnétiques (utilisation d'un effet thermique). Ainsi, le relais thermique ne sera pas sensible aux pointes de courant et pourra être réglé avec des seuils inférieurs aux relais magnétiques. Les deux méthodes (magnétique et thermique) sont complémentaires.
Le réarmement du relais thermique peut être manuel ou automatique (suivant le modèle).
Comme pour le relais magnétique, le relais thermique donne par le biais d'un contact une " information anomalie " qu'il faudra prendre en compte lors de la conception du schéma.
La figure n°16 montre le symbole et une photo d'un relais magnétique.
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Figure n°16 : Symbole et photo d'un relais thermique
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Les enroulements chauffants du relais thermique ne fournissent pas une image précise de l'état thermique du moteur (température). Ainsi, il peut arriver dans certains cas que le redémarrage du moteur soit autorisé alors que sa température est trop élevée. Dans ce cas il faudra utiliser des relais à sondes PTC qui offrent une meilleure protection thermique. Le relais se compose d'une sonde PTC placé au cœur de la zone sensible de la machine qui est reliée au dispositif de déclenchement. Pour une meilleure protection, il faudra utiliser un relais multifonction.
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relais à sonde PTC LT3
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sondes PTC
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relais de protection multifonction
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Figure n°17 : Autres solution pour la protection
thermique
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Le tableau ci-dessous montre les points forts de ces différents relais.
| Type de relais / Causes d'échauffement | Relais thermiques LR | Relais à sonde PTC LT3 | Relais Multifonction LT6 |
| Surcharge faible | :-) | :-) | :-) |
| Blocage rotor | :-) | :-|| | :-) |
| Sous-charge | :-( | :-( | :-) |
| Défaut de phase d'alimentation | :-) | :-|| | :-) |
| Défaut de ventilation | :-( | :-) | :-) (avec sondes PTC) |
| Accroissement anormal de température ambiante | :-|| | :-) | :-) (avec sondes PTC) |
| Grippage d'un palier d'arbre | :-|| | :-) | :-) (avec sondes PTC) |
| Défaut d'isolation | :-( | :-( | :-) |
| Démarrage trop long | :-) | :-|| | :-) |
| Service sévère | :-( | :-) | :-) (avec sondes PTC) |
Il existe différents types de disjoncteur offrant un niveau de protection plus ou moins élaboré. On choisira le modèle en fonction de l'application.
La figure n°18 montre les symboles ainsi que des photos des différents types de disjoncteurs.
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Symbole de base / Magnétique / Magnétothermique
(3) / Différentiel
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D. à différentiel intégré
DD1
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D. moteur magnétique GV2LE
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D. moteur magnétique C60LMA
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D. magnétothermique GV2ME
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Figure n°18 : Les différents types de
disjoncteur
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Sur certains schémas, on voit superposé à la croix (symbole du disjoncteur) le trait symbolisant le sectionneur, cela signifie que le disjoncteur est apte au sectionnement. Ainsi, les disjoncteurs n'étant pas aptes au sectionnement ne devront en aucun cas servir à isoler le circuit du réseau.
Pour identifier le type de disjoncteur il faut se fier à son schéma s'il est présent sur son boîtier ou sa référence mais jamais à son apparence !!!
Certains disjoncteurs comportent des réglages.
Attention, il ne faut pas confondre les disjoncteurs différentiels avec les interrupteurs différentiels qui n'intègrent pas la protection contre les court-circuits et les surcharges.
Certains constructeurs fournissent la protection différentielle sous forme d'un bloc que l'on adjoint au disjoncteur magnétothermique. Il est également possible d'adjoindre des auxiliaires électriques sur certains modèles (pour permettre un déclenchement et signalisation à distance, …). La figure n°19 montre un additif qui vient se placer à gauche du disjoncteur.
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Figure n°19 : Un additif et un disjoncteur
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Une fois le circuit électrique protégé, il faut pouvoir commander les machines électriques (moteurs, …). On utilisera pour cela des contacteurs.
Le contacteur est constitué :
Il est possible d'adjoindre des blocs additifs sur le contacteur (contacts auxiliaires supplémentaires, contacts temporisés, …).
La figure n°20 montre le schéma et des photos de contacteurs :
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Schéma
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contacteur LC1-D (25 à 200A)
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bloc contact auxiliaire temporisation
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Contacteur sur barreau (750 à 1800 A)
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Figure n°20 : Schéma et photos de contacteurs
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Sur le schéma, la bobine pour commander le contacteur est à gauche, les 3 pôles (contacts de puissance) sont au milieu et le contact auxiliaire à droite. Lorsque les contacts de puissance sont à ouverture, on ne parle plus de contacteur mais de rupteur.
Dans certaines applications impliquant l'utilisation de deux contacteurs, il est nécessaire d'empêcher que les 2 contacteurs fonctionnent en même temps (risque de court-circuit, …). Dans ce cas, il existe des contacteurs-inverseurs (2 contacteurs dans la même " boîte ") possédant un verrouillage mécanique empêchant la commande simultanée des deux contacteurs. Ce verrouillage mécanique ne dispense pas de la réalisation d'un " verrouillage électrique " (circuit de commande). La figure n°21 montre une photo et le symbole du contacteur inverseur.
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Figure n°21 : Schéma et photo d'un contacteur
inverseur
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Un contacteur est capable de réaliser un grand nombre de cycles de manœuvres à une cadence élevée mais il n'est pas capable d'interrompre un courant de court-circuit.
Le contacteur-disjoncteur intégral rassemble les avantages du contacteur (cadence élevée) et du disjoncteur (possibilité d'interrompre un court circuit, protection). Il peut constituer à lui seul un départ-moteur complet commandable à distance. Il existe même des modèles permettant de choisir le sens de rotation du moteur. La figure n°22 montre le schéma et une photo de cet appareil.
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Schéma (1 sens de marche)
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Contacteur Disjoncteur Intégral 18 - 1 sens
de marche
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Figure n°22 : Schéma et photo du contacteur
disjoncteur intégral
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Les moteurs permettent de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Il existe différents types de moteurs :
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Pour plus d'informations sur les moteurs, se reporter au cours d'électrotechnique.
La figure n°23 montre les différents schémas relatifs
aux moteurs asynchrones et aux moteurs à courant continus.
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Moteurs asynchrones ...
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monophasé / rotor en court-circuit ou à
cage d'écureuil 6 bornes avec couplage effectué / à
6 bornes couplage non effectué / rotor à bagues ou rotor
bobiné
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Machines à courant continu ...
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à aimant permanent / à excitation séparée
/ à excitation série / à excitation en dérivation
ou shunt
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à excitation composée
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Figure n°23 : Schéma des moteurs
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Etant donné leur importance, les moteurs feront l'objet d'un chapitre entier.
Il y a 2 type d'interaction :
Les schémas sont donné avec des contacts à fermeture le schéma avec des contacts à ouverture se déduisant assez facilement. La figure n°24 montre un échantillon des symboles de contacts :
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Interrupteur
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Bouton Poussoir
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Bouton Tournant
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Arrêt d'urgence
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Commande par galet
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Contact de position
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Thermostat
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Pressostat
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Figure n°24 : Contacts
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Il existe un autre symbole pour le bouton tournant :
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La figure n°25 montre des dispositifs de signalisation :
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Avertisseur sonores
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Ronfleur
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Sirène
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Sonnerie
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Clignotant
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Flash
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Lampe ou voyant
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Figure n°25 : Dispositifs de signalisation
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La figure n°26 montre le schéma et une photo des capteurs de proximité :
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Figure n°26 : Capteurs de proximité inductifs
et capacitifs
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Il existe des versions avec 2, 3 ou 4 fils de ses capteurs de proximité.
Les relais temporisés possèdent des contacts ne changent pas d'état instantanément mais après un temps programmable. Il existe deux types de relais temporisés :
La figure n°27 illustre le fonctionnement à l'aide de chronogrammes :
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temporisé au repos
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temporisé au travail
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Figure n°27 : Chronogrammes, schéma et
photo des relais temporisés
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Les relais temporisés se trouvent sous 2 formes :
Il existe deux technologies pour la temporisation : mécanique et électronique.
Dans un schéma développé, le repérage suit certaines règles.
La figure n°28 montre comment repérer les différents appareils d'un schéma (les … doivent être remplacés par le numéro d'ordre de l'appareil qui permet de dissocier les contacts entre eux) :
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Figure n°28 : Repérage des bornes de raccordements
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Le repérage du schéma doit correspondre au repérage de l'appareil afin de permettre un câblage correspondant strictement au schéma.
Pour les contacts principaux on utilise les numéros 1 à 6 en tripolaire et 1 à 8 en tétrapolaire.
Pour les contacts auxiliaires le chiffre des dizaines correspond au numéro d'ordre (" … " sur les schémas) et le chiffre des unités dépend du type de contact auxiliaire :
Pour les appareils de protection le numéro d'ordre (chiffre des dizaines) sera toujours 9 (ou 0 si nécessaire).
Pour les bobines ont utilise A1 et A2, et, si la bobine possède 2 enroulements A1 A2 B1 et B2.
Pour repérer un appareil, on utiliser 4 blocs :
Le repérage est de la forme =1er bloc+2ème bloc-3ème bloc :4ème bloc par exemple : =A1+5F1-K2T :5.
Généralement, seul le 3ème bloc (K2T) est utilisé dans les schémas. La signification des 2 lettres est indiqué ci-dessous :
Signification de la 1ère lettre :
| Lettre repère | Sorte d'élément | Exemple de matériels |
| A | Ensembles, sous-ensembles fonctionnels (de série) | Amplificateur, régulateur, automate |
| B | Transducteurs d'une grandeur non électrique en une grandeur électrique ou vice-versa | Thermocouple, pressostat, détecteur photo-électrique |
| C | Condensateurs | |
| D | Opérateurs binaires, dispositifs de temporisation, de mise en mémoire | Bascule RS, enregistreur |
| E | Matériel divers | Eclairage, chauffage |
| F | Dispositifs de protection | Coupe-circuit fusible, parafoudre |
| G | Générateurs - Dispositifs d'alimentations | Génératrice, batterie, oscillateur à quartz |
| H | Dispositifs de signalisation | Voyant lumineux, avertisseurs sonores |
| K | Relais d'automatisme et contacteurs | |
| L | Inductances | |
| M | Moteurs | |
| N | Sous-ensembles | |
| P | Instruments de mesure et d'essais | Voltmètre, compteur, ... |
| Q | Appareils mécaniques de connexion pour circuits de puissance | Disjoncteur, Sectionneurs |
| R | Résistances | Resistances, shunt, rheostat, thermistance |
| S | Appareils mécaniques de connexion pour circuits de puissance | Bouton poussoir, interrupteur fin de course |
| T | Transformateurs | Transformateur de tension, de courant |
| U | Modulateurs, convertisseurs | Onduleur autonome, convertisseur de fréquence |
| V | Tubes électroniques, semi-conducteurs | Tube à gaz, diode |
| W | Voies de transmission, guide d'onde, antennes | Câble, jeu de barre |
| X | Bornes, fiches, socles | Fiche et prise de connexion, planchette à bornes, fiche d'essai |
| Y | Appareils mécaniques actionnés électriquement |
Frein, embrayage, électrovalve, électroaimant |
| Z | Charge correctives, transformateurs différentiels, filtres, correcteurs, limiteurs |
Equilibreur, correcteur, filtre |
Signification de la dernière lettre :
| Lettre repère | Fonction |
| A | Auxiliaire |
| B | Direction de mouvement |
| C | Comptage numérique |
| D | Différentiel |
| F | Protection |
| G | Essai |
| H | Signalisation |
| J | Intégration |
| K | Approche (exemple de mise à niveau) |
| M | Principal |
| N | Mesure |
| P | Proportionnel |
| Q | Démarrage, d'arrêt, de fin de course |
| R | Réarmement, effacement |
| S | Mise en mémoire, enregistrement |
| T | Temporisation |
| V | Vitesse (accélération, freinage) |
| W | Additionneur |
| X | Multiplicateur |
| Y | Analogique |
| Z | Numérique |
On peut voir en bas des schémas deux colonnes avec :
La dénomination ne suit pas strictement la norme (KM2 au lieu de K2M, …). Dans d'autres schémas les boutons poussoirs ne sont plus désignés par S3,… mais ont un nom plus évocateur (CTDA, AVANT, …).