IPX800 V4 : Principes de câblage

De GCE Electronics
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Introduction

Câblage

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Nom Câblage
Famille IPX800 V4
Wiki créé le 07/11/2018
Wiki mis à jour le 07/11/2018
Auteur @grocrabe

Ce wiki tente d’expliquer comment câbler dans le respect de la norme NFC 15-100 et en minimisant au maximum les risques de perturbation pour notre domotique.

Rappels

BT versus TBT

La définition légale de la Très Basse Tension est une tension alternative inférieure à 50 V ou une tension continue inférieure à 120 V.

De même la Basse Tension est une tension alternative inférieure à 1000 V (et supérieure à 50 V) ou une tension continue inférieure à 1500 V (et supérieure à 120 V).

Au delà on parle de Moyenne puis de Haute Tension.


Pourquoi avoir fait cette distinction?

Le passage dans le corps humain d'un courant alternatif de 30 mA pendant une durée de 30 secondes, peut entraîner une paralysie du système respiratoire et un courant de 75 mA traversant le coeur pendant environ 1 s peut initier une fibrillation ventriculaire, pouvant entraîner la mort. Or la résistance du corps humain, en milieu humide, est en moyenne de 2000 Ω, donc sous une tension de 50 volts, le courant qui traverse le corps est au maximum de 25 mA.

C’est le même phénomène, mais avec des seuils différents, qui se passe avec le courant continu.


Un contact avec de la TBT peut être désagréable mais pas dangereux avec un appareil de classe 2 (cas des alimentations 12 V du type de celle vendue par GCE) puisqu’il le 230 VAC est isolé du secondaire 12 V. A contrario un contact avec de la BT sans protection différentielle de 30 mA est potentiellement mortel.


En pratique dans notre cas la BT = 230 V AC, la TBT va de 3,3 à 24 V DC ou 24 V AC (électrovannes,…), en passant par le 12 VDC qui alimente notre IPX800 et ses extensions.


Pour la norme NFC 15-100, ces 2 tensions sont distinctes et à traiter différemment, que ce soit dans le tableau ou dans l’installation.

Les divers câbles connectés à l’IPX


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  1. L’alimentation : TBT 12V CC (existe aussi sur X-8R, X-4VR, X-24D, EcoDevice 1, …)
  2. Le bus d’extensions RJ12 : TBT, 6 conducteurs (existe aussi sur X-Eno, X-DMX, …)
  3. le câble réseau ethernet RJ45 : TBT, 4 paires (existe aussi sur EcoDevice 1 et 2, …)
  4. les entrées digitales : TBT 3,3 V CC (existe aussi sur X-4VR, X-24D, X-PWM…)
  5. les entrées analogiques : TBT 3,3 V CC
  6. le bus d’extension V4 : TBT, 1 paire blindée (existe aussi sur X-8R, X-4VR, X-24D, X-THL, X-Display, …)
  7. sortie câblée sur un spot 12 V : TBT 12V CC (exemple d'utilisation)
  8. sortie câblée sur un spot secteur : BT 230 V AC (exemple d'utilisation)
  9. sortie câblée sur un volet roulant : BT 230 V AC (exemple d'utilisation)

Toutes ces définitions s’appliquent également à la V3, sauf le N°6, bus spécifique à la V4. Les exemples d'utilisation des sorties Relais sont également possibles sur X-8R.

Si vous câblez avec du fil souple multibrin (H07V-K), vous devrez utiliser des embouts de câble à sertir, adaptés à la section du fil.


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L’alimentation

C’est un câblage 2 fils, le 0V ou masse ou Gnd (abréviation de Ground, à ne pas confondre avec la terre BT) en général en bleu sombre ou en noir, et le 12 V en général en rouge parfois en jaune ou blanc.

Le branchement des différents modules se fait par chaînage (Daisy Chain).


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Astuce 1 : utilisez du câble 1 mm2 pour l’alimentation. Comme les couleurs bleu ciel (neutre), rouge et noir (phases) sont utilisées par le câblage BT et que celui-ci est au minimum en 1,5 mm2, cela permet de repérer les câbles qui servent à l’alimentation 12 V plus facilement dans un tableau. Le X-Display et le X-THL peuvent être alimentés par une paire du câble blindé qui les relie au bus, quelle que soit sa longueur.
Astuce 2 : si pour des contraintes de place vous avez dû placer le transfo 12 V loin de l’IPX et que les câbles 12 V passent près de sources de parasites (télérupteur, relais de puissance,…), il peut être intéressant de rajouter un condensateur polyester 100 nf/ 63 V sur le bornier de l’IPX pour éliminer les parasites induits

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NB : ne jamais utiliser ce type de condensateur anti-parasite sur le 230 V mais un condensateur X2 du type de celui qui est vendu par GCE.
Astuce 3 : même si ce n’est pas imposé, on peut protéger le 12 V par un fusible. Celui-ci doit être obligatoirement dans la partie domotique du tableau et prévu pour couper du courant continu (qui ne crée pas le même arc à la rupture que le courant alternatif).
Il existe des modèles pour rail DIN qui acceptent des fusibles type automobile (12 V DC) chez de nombreux fournisseurs.

Si vous utilisez néanmoins un fusible AC, soyez vigilants, cartouche longue, fusible rapide, tension de service élevée, etc…
Un choix inadapté peut créer des surchauffes à la fusion, voire un arc électrique.

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Les bus

le bus d’extensions RJ12

Ce bus se fait par chaînage, avec les bretelles fournies par GCE avec chaque module.

Attention si vous devez étendre ce bus, utilisez les dongles EBX qui avec 2 paires torsadées blindées (un câble ethernet CAT5 par exemple) peuvent déporter les modules à 1000 m. Tenter de rallonger les bretelles peux générer des problèmes aléatoires, voir abîmer les modules…

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Le câble réseau ethernet RJ45

L’IPX800 est munie d’un port ethernet Auto MDI-X. Cette technologie permet de détecter automatiquement les câbles droits et croisés.

Que l'IPX800 soit connectée derrière un switch, ou directement derrière un PC, un câble standard (droit) devrait convenir dans tous les cas.


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Si d'aventure vous connectez votre IPX800 à un PC en utilisant un câble éthernet croisé, l'IPX800 saura établir la connexion.


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Le bus d’extensions V4

Ce bus se fait par chaînage, 1 paire torsadée blindée. Il ne peut y avoir qu'un seul IPX sur ce bus. Si vous deviez avoir plusieurs IPX, ils ne peuvent partager des modules.

  • bus polarisé. Au mieux une inversion empêchera le fonctionnement, au pire abimera le module.
  • Longueur maximale : 300 m.


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Ce bus spécifique à la V4 permet aussi de connecter des extensions pour V3 grâce au X-Bridge.


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Astuce 4 : Si vous avez des éléments sur le bus V4 extérieurs au tableau et dans des endroits différents de l’installation, la bonne méthode est de maintenir le principe du chaînage. Pour cela on utilise une paire du câble blindé pour ramener le bus vers le tableau. C’est un chaînage dans une topologie en étoile.

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ATTENTION : Si par nécessité absolue vous deviez faire 2 branches sur le bus, veillez à ce qu’il y ai une grande différence de distance entre l’IPX et chaque module, pour éviter une collision des dialogues des modules. Cette attention doit être portée à chaque module de chaque branche!



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NB : mal appliquée cette solution peut provoquer un fonctionnement erratique du bus.

les entrées

les entrées digitales

Le câblage des entrées digitales se fait avec une topologie en étoile, c’est à dire que chaque commutateur (inter, poussoir, détecteur, …) est ramené au tableau par un fil à une entrée.

  • Si on veut une fonction ET sur 2 capteurs, ils seront branchés en série sur une entrée,
  • si on veut une fonction OU ils seront en parallèle.


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Sur l’IPX (ou le X-24D, le X-4VR, …) un système interne maintient les entrées à 3,3 V, ce que vous pouvez vérifier avec un multimètre numérique entre une entrée non connectée et la masse.

Attention : ce n’est pas une source de tension, si vous avez besoin de 3,3 V utilisez la borne 6 du bornier entrées analogiques.


Lorsque vous reliez cette entrée à la masse, l’IPX le détecte et réagit selon le scénario que vous avez créé.

Ces entrées sont sensibles puisqu’il suffit que l’entrée descende en dessous de 0,7 V volts pour commuter en consommant quelques μA. Il faut cependant être vigilant sur la qualité des connexions, pour éviter des impédances fluctuantes. Le fait que GCE ait choisi de commuter à la masse leur donne une certaine immunité face aux parasites.

Néanmoins il est de bon sens d’éviter que des parasites viennent polluer les entrées. Le mieux est d’utiliser un câble blindé à paires torsadées en respectant les règles de câblages et de mise à la terre des blindages décrites en fin de wiki.

Si en rénovation vous devez utiliser des fils existants non blindés, première précaution, bien vérifier qu’ils ne sont plus connectés au secteur (neutre ou phase), puis protéger l’entrée en utilisant le montage ci-après :


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Astuce 5 : procédez par étapes tant que vous avez des problèmes de parasites : d’abord le condensateur qui absorbera les interférences haute fréquence, puis R1 qui abaissera l’impédance de l’entrée puis R2 qui amortira les oscillations.

Si vous avez toujours des problèmes de parasites, alors pas de secret, il faudra tirer des paires torsadées blindées.

les entrées analogiques

Contrairement aux entrées digitales elles sont capables de mesurer une grandeur susceptible de varier, par exemple température, luminosité, force, position, distance, etc…

Pour comprendre comment utiliser les entrées analogiques vous pouvez consulter les excellents et très complets tutoriels de @fgtoul :

Les entrées analogiques sur IPX800 V4
Les entrées analogiques sur IPX800 V3

Les entrées analogiques doivent être câblées avec des paires torsadées blindées.

Les sorties

Du fait des intensités supportées par les relais, que ce soit en TBT (12V DC) ou BT (230 V AC), les sorties seront câblées en 1,5 mm2.

Astuce 6 : comme ce sont des phases commutées il est d’usage d’utiliser le orange ou le violet comme couleur de fils, ce qui permet de les repérer dans le tableau.

Les règles de câblage

La norme NFC 15-100 est très vigilante sur la cohabitation de la BT et la TBT.

Il est, par exemple, interdit de mettre dans la même gaine des fils véhiculant de la TBT et des fils véhiculant de la BT, à fortiori de les faire cohabiter dans le même câble (pour info, tous les fils dans une gaine doivent être protégés par le même disjoncteur). Cela s’applique aux câbles réseaux ethernet, TV, vidéo, téléphonie, audio, interphonie et bien entendu aux câbles TBT connectés à votre domotique.

Deux raisons à cela :

  • éviter que en cas de problème (écrasement, perçage d’une gaine ou destruction des isolants dû à la chaleur) on puisse retrouver du 230 V sur un circuit sensé être en TBT c’est à dire inoffensif pour l’être humain.
  • réduire les phénomènes de couplage inductif et/ou capacitif. En effet quand il y a une variation de courant dans un conducteur (émetteur) cela crée un champ magnétique autour de lui qui va créer des tensions induites parasites dans les conducteurs (récepteurs) à proximité. C’est le couplage inductif dont le meilleur exemple est le transformateur. Le couplage capacitif est lui créé par une variation de tension.

Vous pouvez vous référer à ce wiki pour comprendre ce qui provoque de fortes variations de courant et de tension dans nos installations domestiques.

Commuter une charge avec les produits GCE

Deux solutions :

  • si les fils sont en contact, ils doivent être perpendiculaires, s'ils sont parallèles (surtout s'ils le sont sur de grandes distances) il faut les éloigner le plus possible.
  • Comme ce n’est pas toujours possible, une solution consiste à torsader le câble récepteur et interposer un écran métallique entre le câble émetteur et le câble récepteur. Le plus simple est donc d’utiliser un câble Cat5 minimum (paires torsadées et blindage).

Dans le cas d’un contact Normalement Fermé (boucle de détecteur d’ouverture, …) il faudrait que la paire torsadée porte l’aller et le retour du signal, c’est à dire que chaque paire comporte un fil de masse. En gros, la torsade protège contre les inductions basse fréquence (50 Hz, …), le blindage contre les inductions haute fréquence (parasites, …).

Ce qui s’applique aux gaines, s’applique aussi au tableau.

Les fils TBT et BT ne doivent pas être dans le même toron ou chemin de câble et peuvent se croiser en se touchant mais uniquement à angle droit.

Cas pratiques

connecter un inter en 230 V

Certains commutateurs du marché ont une sortie en 230 V AC.

C’est le cas en particulier pour bon nombre de poussoirs tactiles ou de détecteurs de présence.

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Il est impossible de connecter la sortie directement sur l’entrée de l’IPX, il en va de sa survie.

Il faut donc intercaler un adaptateur et le plus simple et le plus sûr est un relais 1 RT 230 V AC .

On utilise alors un câblage standard 1,5 mm2 (type H07VU), surtout pas un câble réseau blindé ou téléreport qui sont à réserver à la TBT.


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Astuce 7 : vous pouvez mettre le relais directement dans la boite d’encastrement.

Il existe des relais miniatures spécialement prévus pour cet usage type Yokis rel1c.

Un seul câble Cat5 permet alors de ramener plusieurs poussoirs au tableau. Dans le cas d’un détecteur vous pouvez utiliser un câble blindé présent à proximité (X-Display, X-THL).

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Connecter un X-THL en 12 V DC

La tension d’alimentation préconisée d’un X-THL est de 3,3V à 5 V et au maximum de 12 V DC, tension supportée mais non conseillée car elle a tendance à faire chauffer le X-THL, ce qui est problématique pour un capteur de température.

On peut donc alimenter le X-THL à partir du 3,3 V fourni par l’IPX ou à partir d’une alimentation séparée 5V.

Le propos est d’alimenter le X-THL à la tension préconisée, alors qu’il est sur le même câble qu’un X-Display (alimenté en 12 V) sans utiliser de fil supplémentaire.

Voici une solution simple et pas chère ( 30 centimes) avec seulement une résistance et une zéner.


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La zéner peut-être une BZX55C3V3. Pas besoin de circuit imprimé, vous pouvez souder “en l’air”, un peu de gaine thermo empêchera les éventuels courts-circuits. Si vous préférez un montage sur circuit, un petit bout de plaque pastillée suffira, il n’y a que 3 connexions. Comme le montage est petit il peut-être placé au plus près du X-THL, par exemple dans la boite d’encastrement. Il faut un montage pour chaque X-THL (attention : l'alimentation de chaque montage doit être en 12 V).

Câblage d'une boucle NF

La plupart des déclencheurs (BP, inters, …) sont NO (Normalement Ouvert) et c’est leur fermeture qui est détectée par l’IPX.

Il en existe (capteurs d’ouverture, alarme,…) qui sont NF (Normalement Fermé) et c’est leur ouverture qui est détectée par l’IPX.

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On voit que le circuit consiste une boucle et cette boucle fonctionne comme une antenne à parasites.

Il faut donc utiliser une paire torsadée blindée avec un fil portant la masse et l’autre l’information.

La torsade annule les parasites.

Astuce 8 : Pensez dans votre scénario  à utiliser en évenement : NON Entrée Digitale

Connecter les blindages

Si vous ne connectez pas le blindage, les tensions induites s’y accumulent et par effet capacitif il va les transmettre aux fils qu’il est sensé protéger. Il faut donc évacuer ces parasites. Si vous branchez le blindage au 0V vous allez le polluer, il faut le brancher à la terre.

En effet les gaines ou tresses métalliques des câbles de communication font partie de la LEP, liaison Equipotentielle Principale (source Promotelec).

Il ne faut pas connecter les 2 extrémités du blindage, vous allez créer une boucle ce qui n’est pas autorisé pour la terre et qui risque de faire circuler un courant dans le blindage.

Une question récurrente est "comment connecter le blindage?"

Si vous savez souder, cela se fait en 4 étapes :

  1. dénudez le câble et séparez le drain, c’est le fil nu qui est en contact avec le blindage, rabattez l’écran et celui des paires (câble FFTP ou SFTP) sur la gaine et faites 2 tours avec le drain.
  2. soudez-y un fil, de préférence jaune/vert.
  3. recouvrez le drain et la soudure avec de la gaine thermo-rétractable.
  4. recouvrez le bout de la gaine du câble de gaine thermo, elle isolera complètement le drain et améliorera sa résistance mécanique.


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Si vous ne pouvez souder, 4 étapes :

  1. dénudez le câble sur une plus grande longueur et séparez le drain, rabattez l’écran et celui des paires (câble FFTP ou SFTP) sur la gaine et faites 2 tours avec le drain.
  2. recouvrez le drain avec de la gaine thermo en laissant dépasser un bon centimètre.
  3. recouvrez le bout de la gaine du câble de gaine thermo, elle isolera complètement le drain et lui donnera une résistance mécanique.
  4. connectez le bout du drain à la terre avec un domino ou un Wago®.
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Si vous souhaitez faire passer le même câble blindé d’un bouton poussoir à un autre situé dans une autre pièce, vous pouvez sortir une paire et ponter le câble en maintenant la continuité du blindage. Si vos fils restent sans blindages sur quelques cm ça n’aura pas de conséquences. Essayez néanmoins de maintenir les paires torsadées.

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Brancher un éclairage en 12 V DC

Ce n’est pas parce qu’on alimente des rubans de leds ou des spots en TBT qu’il n’y a pas de règles ni de risques.

Câblage

Ne pas mélanger les fils qui véhiculent le 12 V avec ceux qui véhiculent le 230 V, donc gaines séparées.

Diamètre des fils

Plus la tension est basse, plus l’intensité est élevée à puissance égale (P=U x I).

Comment calculer le diamètre des fils qui alimentent un ou des spots ou rubans de leds?

Exemple : ruban smd 5050 à 60 leds/m de 2 m.

Il consomme 14,4 W/m ce qui donne 2 x 14,4 W / 12 V = 2,4 A

NB : on peut le brancher sur un IPX ou un X-8R mais pas un X-PWM limité à 2 A.

Nous avons ensuite besoin de la longueur de fil entre le module et le ruban. Admettons que ce soit 5 m. Cela fait 10 m aller-retour.

La formule à utiliser pour des conducteurs en cuivre est :

S = 0,017 x L x I / PT

S = section du conducteur en cuivre exprimée en millimètres carrés
L = longueur aller + retour du conducteur exprimée en mètres
I = l’intensité exprimée en Ampères
PT = perte de tension acceptée au niveau des câbles exprimée en Volts.

La perte acceptable en 12 V est de 0,3 V.

soit S = 0,017 x 10 x 2,4 / 0,3 = 1,36 mm2 soit 1,5 mm2 en valeur normalisée

Comment calculer le nombre de mètres du même ruban supportés par un fil?

Exemple : fils de 2,5 mm2, distance 12 m entre module et ruban. I = (S x PT) / (L x 0,017), soit I = (2,5 x 0,3) / (24 x 0,017) = 1,84 A soit 1,53 m de ruban.

Protection du 12 V

La norme dit que la protection contre les courts-circuits du circuit secondaire peut être assurée par le dispositif incorporé dans le transformateur ou le convertisseur, à condition que ce circuit mesure moins de 2 m de longueur.

En revanche, si le circuit secondaire mesure plus de 2 m, un dispositif externe de protection contre les courts-circuits doit être ajouté au plus près de l’alimentation, disjoncteur spécial DC ou fusible DC (le courant alternatif est facile à arrêter. Un courant continu a tendance à provoquer des flash lors de la coupure. Les fusibles DC sont spécialement prévus pour éviter ces flash. Il est donc recommandé de ne pas utiliser des fusibles AC sur du courant DC.)

Même si le disjoncteur entre l’alimentation et le X-PWM protège ce dernier, il est là surtout pour protéger l’installation en aval. En cas de court-circuit, si son système de protection intégré lâche, l’alimentation peut produire un courant suffisant pour déclencher un incendie.

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Préconisation X-PWM

Le X-PWM nécessite une alimentation à part qui prend de la place dans le tableau. Même si chaque sortie peut supporter 2 A, il est limité à un total de 10 A. Quand on veut utiliser plusieurs mètres de ruban ça peut être un problème, sans parler de la section des fils qui vont alimenter ces rubans.

Il existe une solution (ici montrée pour des rubans RGBW mais qui s’applique de même pour des RGB):

utilisation d’un ampli.

Cablage fig20.png

Le principe est de déporter l’alimentation et la commande (ampli RVBB) au plus près du ruban.

Les avantages sont nombreux. Le X-PWM peut être alimenté par le 12 V commun aux autres modules puisqu’il ne fourni pas de puissance mais seulement un signal de commande. Le câble qui relie le X-PWM à l’ampli peut être un blindé cat 5, quelle que soit la distance.

L’alimentation est proche du ruban, pas de perte dans les fils, pas besoin de protection. Plus de limitation de puissance en multipliant les alimentations et les amplis. Protection du circuit lumière classiquement par un disjoncteur sur le 230 V.

Et ça fonctionne aussi pour les spots en 12 V recommandés pour les pièces humides.

Cablage fig21.png
Astuce 9 : Utiliser des rubans ou des spots à led 12 V permet, quelle que soit leur qualité, une gradation sans seuil, ni papillotement.

Seul inconvénient : l’alimentation et l’ampli doivent rester accessibles : soit ils sont installés en corniche (cas d’un ruban périphérique) soit le faux-plafond doit comporter une trappe d’accès.

La fonction télérupteur

En cas de construction la meilleure solution est d’utiliser l’IPX en tant que télérupteur.

Cablagefig221.png


Vous pouvez aussi utiliser le X-8R, ici avec un contacteur de puissance pour piloter des prises.

Telerupteur new.png


Si besoin, par exemple si vous avez une demi douzaine de spots leds de 7 W, vous pouvez ajouter un contacteur pour protéger le relais de l’IPX.

NB sur les 2 schémas suivants le condensateur de protection (qu'il vaut mieux utiliser avec un télérupteur/contacteur) n'est pas représenté.

Voir le schéma figure 18 du wiki Commuter une charge avec les produits GCE.


Cablagefig233.png


En cas de rénovation, si vous devez utiliser le télérupteur existant, vous pouvez le piloter avec l’IPX tout en maintenant un retour d’information.

Rappel : utiliser un des contacts du télérupteur pour faire le retour d’information est dangereux et interdit par la norme NFC 15 100, et peut entrainer la destruction de l’entrée de l’IPX.

Cablagefig243.png

Branchement du X-4FP

Le branchement des fils pilote est soumis à une règle spécifique de la norme NFC 15-100.

Il faut que le fil pilote soit sectionné en même temps que l’alimentation du radiateur. Pour cela les fabricants de matériel électrique fournissent des contacts auxiliaires à joindre aux disjoncteurs protégeant les radiateurs.

Comme ce sont des contacts auxiliaires mais pas des disjoncteurs, le module de commande doit être protégé par un disjoncteur 2A.

Voici le schéma d’une installation conforme :

Branchement X-4FP.png

La norme tolère cependant l’absence des contacts auxiliaires. Le disjoncteur 2 A reste obligatoire et vous devez ajouter des étiquettes portant la mention Attention fil pilote à sectionner écrit en rouge sur le tableau au niveau des disjoncteurs de radiateur ET sur la boîte de connexion encastrée située derrière chaque radiateur ou sur le fil pilote dans cette boite.

Voici le schéma correspondant à cette configuration.

Branchement X-4FP V2.png

NB le X-4FP ne doit pas être relié au neutre, les deux bornes L de l’extension sont identiques et reliées physiquement.

Astuce 10 : le X-4FP est prévu pour fonctionner en monophasé. Pour le faire fonctionner en triphasé il faut 2 conditions : que l’ensemble des radiateurs et le module soient protégés par le même différentiel ET que l’électronique intégrée dans le radiateur accepte une tension de commande de 400 V, ce qui est rarement indiqué par le fabricant. Dans le cas contraire vous risquez de griller la carte dans le radiateur.