La section des câbles électriques

La section des câbles électriques

1) Introduction

Le câble est comme un tuyau dans lequel doit passer de l’eau.

Plus la quantité d’eau à transporter est importante, plus le diamètre

du tuyau doit être important. C’est pareil pour l’électricité ! Plus la puissance ou l’intensité sera importante et plus la section des câbles électriques devra être importante.

Les câbles électriques sont généralement en cuivre, un métal considéré comme un excellent conducteur. Ce constat est a priori vrai sur les courtes distances, mais dès que la longueur devient importante, les pertes par effet Joule (échauffement) dut a la résistance même du fils électrique ne sont pas négligeables, surtout pour de fortes intensités.

2) Pertes par effet Joule

Les pertes par effet Joule dans un câble se calculent par la formule :

P

= R x I²

On comprend que l’échauffement du câble dépend grandement de l'intensité !

Si l'on ne peut pas diminuer l'intensité (en augmentant la tension par exemple) on doit alors diminuer la Résistance du câble.

La résistance R d'un conducteur est donnée par la formule : ρ = la résistivité (Ω m)⋅

R = ^{ρ x L}

S

S = la section (m²) S = π x r² = π x D² 4 La résistivité ρ du fils dépend du matériau utilisée.

Pour diminuer la résistance d'un fils on peut donc :

■ Limiter sa longueur ou

■ Augmenter sa section.

3) Chute de tension

Au delà du problème de l'échauffement une résistance d'un câble trop importante peut provoquer une chute de tension non négligeable.

R = Résistance du câble (Ω)

Δ U = R x I

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La section des câbles électriques

Si l'on veut limiter cette chute de tension, (Par exemple limiter à 3 % pour l'éclairage ou 5 % pour la force motrice) il sera nécessaire de calculer la résistance R maximum que le câble devra avoir et ensuite calculer la section nécessaire.

4) Section d'un câble

Pour déterminer la section d'un câble en prenant compte de sa résistivité et de la chute de tension on utilisera la formule suivante :

Pour une intensité de courant donnée :

S =

ρ x L x I ΔmaxU

Pour une puissance donnée :

S =

ρ x L x P ΔmaxU x U

L'échauffement d'un fil n'est pas le même selon son mode de pose. Si il est seul dans une gaine, dans un câble, dans une goulotte avec plein d'autres fils.

De manière plus simple mais moins précise on peut retenir que si c'est : - Un fil en toron dans une gaine, régime continu : Intensité maxi = 5 A/mm² - Un fil seul, régime continu : Intensité maxi = 10 A/mm²

- Un fil seul, régime intermittent ( max 1 minute) : Intensité maxi = 12 A/mm²

5) Transport de l’énergie

Les pertes sur le réseau sont inévitables, on peut s’efforcer de les réduire au maximum, mais pas de les supprimer totalement. En France, elles représentent 2,5 % sur le réseau de transport, soit 11,5 TWh (TeraWatt-heure) par an selon RTE. , et s’élèvent à 6 % sur le réseau de distribution (28 TWh).

Pour tenir compte de ces pertes, la production doit être supérieure de 8,5% à la consommation.

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S = Section en mm²

ρ = résistivité du matériau conducteur en Ωmm²/m L = Longueur du conducteur en m

I = Intensité en A

ΔmaxU = La chute de tension acceptable en V U = Tension d'alimentation

P = Puissance du recepteur

La section des câbles électriques

6) Pour une installation domestique

Pour éviter le problème d’échauffement des conducteurs et de surcharge, et surtout de devoir faire de nombreux calculs pour le dimensionnement des câbles, les sections sont normalisées par la norme NF C 15-100 :

(*) Il s’agit ici de conducteur rigide et non souple multibrin.

(1) - circuit composé au maximum de 5 socles

(2) - un interrupteur de commande pour 2 prises maxi situées dans la même pièce (3) - 8 points d'éclairage maxi par circuit

(4) - circuit composé au maximum de 8 socles (5) - 1 circuit par gros appareil

(6) - boîte de connexion ou socle de prise de courant

(7) - nombre d’appareils limité par la somme des puissance Fil bleu : le neutre.

Fil rouge (noire ou marron) : la phase.

Fil jaune et vert : la terre.

Fil violet pour les fils navettes d'un va-et-vient.

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La section des câbles électriques

7) Applications :

1) Calculer la résistance d’une bobine de conducteur en cuivre d’une longueur de 100m et de section 2,5mm² ?

Si un courant de 10 A le traverse que seront les pertes par effet joule ? Pj = R x I² = 0,64 x 10² = 64 W

Quelle chute de tension peut on avoir sur une alimentation de 230 V ? Conclure.

Δ U = R x I = 0,64 x 10 = 6,4 V soit 2,78 % C'est acceptable.

2) Choix des câbles d’un système photovoltaïque

On vous demande donc de déterminer les sections des câbles en cuivre entraînant le moins de chute de tension possible entre les 12 panneaux de 125 W (24V) chacun et l’onduleur-chargeur, mais aussi entre les batteries et l’onduleur-chargeur.

Puissance nominale de l’onduleur PNOM = 2300 W ; Chute de tension maximale DU = 2%

a) Calculez le courant de sortie d’un panneau à sa puissance nominale : b) Déterminez la section des conducteurs entre les panneaux et le boîtier de raccordement :

c) Calculez le courant circulant entre le boîtier de raccordement et l’onduleur :

d) Déterminez la section des conducteurs entre le boîtier de raccordement et l’onduleur :

e) Calculez le courant circulant entre les batteries et l’onduleur lorsque celui-ci débite sa puissance nominale :

f) Déterminez la section des conducteurs entre le parc batterie et l’onduleur :

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