Calcul section câble électrique
Méthode de calcul de la section du câble électrique
Ce calculateur de section de câble électrique selon la puissance et le courant détermine la section nécessaire d'un conducteur en cuivre ou en aluminium à partir du courant de charge ou de la puissance active. Le calcul tient compte d'un réseau monophasé ou triphasé, de la longueur de la ligne, du facteur de puissance cosφ, du mode de pose, de la résistance et de la réactance du conducteur ainsi que de la chute de tension admissible.
La section finale du câble est choisie dans une série normalisée de manière à respecter simultanément deux conditions : l'intensité admissible du conducteur ne doit pas être inférieure au courant de charge calculé et la chute de tension ne doit pas dépasser la limite définie par l'utilisateur.
Valeurs indicatives et recommandations
Détermination du courant de charge
Calcul selon le courant. Si le courant de charge est saisi directement en ampères, cette valeur est utilisée pour le dimensionnement de la section du câble. La puissance active correspondante est calculée à partir de la tension du réseau et du facteur de puissance.
Pour un réseau monophasé :
P = U · I · cosφ
Pour un réseau triphasé :
P = √3 · U · I · cosφ
Calcul selon la puissance. Si la puissance active P est saisie en watts, le courant I en ampères est d'abord calculé. Pour un réseau monophasé, la tension entre phase et neutre est utilisée. Pour un réseau triphasé, la tension entre phases est utilisée.
Pour un réseau monophasé :
I = P / (U · cosφ)
Pour un réseau triphasé :
I = P / (√3 · U · cosφ)
À puissance totale identique, le courant dans un réseau triphasé est généralement plus faible que dans un réseau monophasé. Par exemple, avec P = 3500 W, cosφ = 0,95 et une tension de 400 V, le courant triphasé calculé est d'environ 5,32 A.
Facteur de puissance. La valeur cosφ représente le rapport entre la puissance active et la puissance apparente. Pour les charges principalement résistives, cette valeur est généralement proche de 1. Pour les moteurs et les charges mixtes, une plage indicative de 0,8-0,95 est souvent utilisée. La composante réactive est calculée comme suit :
sinφ = √(1 - cos2φ)
Intensité admissible et modes de pose
Intensité admissible. Pour chaque section normalisée de câble, le calculateur compare le courant calculé à l'intensité admissible en service continu du conducteur. Le calcul utilise les tableaux B.52.2 et B.52.4 de la norme IEC 60364-5-52 « Installations électriques à basse tension - Partie 5-52 : Choix et mise en oeuvre des matériels électriques - Canalisations » ainsi que le document européen harmonisé correspondant HD 60364-5-52.
Le tableau B.52.2 est utilisé pour deux conducteurs chargés, ce qui correspond à un circuit monophasé. Le tableau B.52.4 est utilisé pour trois conducteurs chargés dans un circuit triphasé. Ainsi, un même courant dans un réseau monophasé et dans un réseau triphasé peut correspondre à des intensités admissibles différentes pour une même section de conducteur.
Conditions des valeurs tabulées. Le calcul utilise des valeurs pour des conducteurs avec isolation PVC, une température maximale du conducteur de 70 °C et une température ambiante de référence de 30 °C. Dans ces conditions de référence, le facteur de correction de température appliqué à l'intensité admissible tabulée est de 1,00.
Cinq modes de pose de référence selon IEC 60364-5-52 sont utilisés :
- A1 - conducteurs isolés unipolaires sous conduit dans une paroi thermiquement isolante.
- A2 - câble multiconducteur sous conduit dans une paroi thermiquement isolante.
- B1 - conducteurs isolés unipolaires sous conduit sur une paroi.
- B2 - câble multiconducteur sous conduit sur une paroi.
- C - câble unipolaire ou multiconducteur directement sur une paroi.
Les différences entre ces modes de pose sont principalement liées aux conditions de dissipation thermique. Plus le refroidissement du conducteur est faible, plus le courant admissible pour une même section est réduit.
Par exemple, pour un conducteur en cuivre de 1,5 mm2 avec deux conducteurs chargés, le courant admissible varie de 14 A pour le mode A2 à 19,5 A pour le mode C. Avec trois conducteurs chargés, la plage pour la même section va de 13 A à 17,5 A.
Sections normalisées des conducteurs. Pour le cuivre, le contrôle de l'intensité admissible utilise les sections 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240 et 300 mm2. Pour l'aluminium, la plage va de 2,5 à 300 mm2. Les sections nominales correspondent à la série utilisée dans la norme EN 60228 « Âmes des câbles isolés ».
Correction pour les circuits groupés. Les courants tabulés sont utilisés comme valeurs de base pour un seul circuit. Aucun facteur de réduction supplémentaire n'est appliqué pour plusieurs circuits chargés posés ensemble, de sorte qu'un facteur de 1,00 est retenu pour cet effet.
Résistance du conducteur et température
Résistance du conducteur. La chute de tension est calculée à partir de la résistance du conducteur sur toute la longueur de la ligne. Les valeurs de résistance de base correspondent à une température de 20 °C, puis la résistance est corrigée en fonction de la température du conducteur indiquée.
RT = R20 · L · km · [1 + α · (T - 20)]
Ici, R20 est la résistance d'un mètre de conducteur à 20 °C, L est la longueur de la ligne en mètres, T est la température indiquée en °C, α est le coefficient de température de la résistance et km est le facteur lié au matériau.
Pour le cuivre, les valeurs α = 0,00393 1/°C et km = 1,00 sont utilisées. Pour l'aluminium, les valeurs α = 0,00403 1/°C et km = 1,58 sont utilisées. Ainsi, lorsque la température augmente, la résistance du conducteur et la chute de tension augmentent également.
Utilisation de la valeur de température. La température saisie est utilisée pour corriger la résistance du conducteur dans le calcul de la chute de tension. Elle ne modifie pas l'intensité admissible tabulée, qui reste basée sur les conditions de référence de l'IEC 60364-5-52 : isolation PVC, température du conducteur de 70 °C et température ambiante de 30 °C.
Chute de tension
Impédance totale de la ligne. En plus de la résistance R, le calcul prend en compte la réactance X. Selon la section du conducteur, des valeurs de réactance linéique comprises approximativement entre 0,071 et 0,133 Ω/km sont utilisées.
Pour un réseau monophasé, la chute de tension est calculée comme suit :
ΔU = 2 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
Pour un réseau triphasé :
ΔU = √3 · I · (R · cosφ + X · sinφ)
Le facteur 2 dans la formule monophasée tient compte du trajet du courant dans deux conducteurs. Dans un système triphasé, le facteur √3 est utilisé conformément à la relation entre les grandeurs de ligne et de phase.
Chute de tension en pourcentage. La valeur calculée ΔU en volts est convertie en pourcentage de la tension nominale :
ΔU% = ΔU / U · 100
La tension disponible au niveau de la charge est calculée comme suit :
Uload = U - ΔU
Pour les circuits courants à basse tension, une chute de tension admissible d'environ 3-5 % est souvent utilisée comme valeur indicative. La limite précise doit être choisie en fonction de l'usage du circuit et des exigences de la mise en oeuvre nationale applicable du HD 60364.
Sélection de la section finale du câble
Vérification de l'intensité admissible. Le calculateur vérifie successivement les sections normalisées des conducteurs et détermine la plus petite section pour laquelle le courant admissible tabulé n'est pas inférieur au courant de charge calculé.
Vérification de la chute de tension. Séparément, le calculateur détermine la section minimale du conducteur pour laquelle la chute de tension calculée ne dépasse pas le pourcentage indiqué par l'utilisateur.
Sélection finale. Si les deux vérifications donnent des résultats différents, la section de conducteur la plus grande est retenue. Par exemple, si 10 mm2 suffisent selon l'intensité admissible mais que 16 mm2 sont nécessaires pour respecter la limite de chute de tension, le résultat final sera de 16 mm2.
Cette méthode tient compte à la fois de l'échauffement du conducteur et des pertes électriques dans la ligne. Pour une ligne courte, la section finale du câble est souvent déterminée par l'intensité admissible, tandis que pour une ligne plus longue, la chute de tension peut devenir le facteur limitant.
Questions fréquentes
Pourquoi un réseau triphasé peut-il nécessiter une section de câble plus faible pour la même puissance ?
Pour une même puissance active totale, le courant dans un réseau triphasé est calculé avec le facteur √3 et est généralement nettement plus faible. Un courant plus faible réduit les exigences liées à l'intensité admissible et à la chute de tension. Toutefois, la section finale du conducteur ne peut pas être inférieure à la section minimale incluse dans le tableau IEC applicable.
Pourquoi le calculateur peut-il recommander 1,5 mm2 de cuivre même avec un faible courant ?
Pour les conducteurs en cuivre, les tableaux IEC 60364-5-52 utilisés par le calculateur commencent à 1,5 mm2. Par exemple, avec le mode de pose C et trois conducteurs chargés, cette section présente un courant admissible de 17,5 A. Le calcul ne réduit donc pas la section du conducteur en cuivre en dessous de 1,5 mm2, même si le courant de charge permettrait à lui seul une section plus faible.
Pourquoi le mode de pose influence-t-il fortement la section nécessaire du câble ?
Le courant admissible dépend de la capacité du câble à dissiper efficacement la chaleur vers son environnement. Un câble posé directement sur une paroi est généralement mieux refroidi que des conducteurs posés dans un conduit ou dans une construction thermiquement isolée. Ainsi, un même courant de charge peut conduire à des sections de câble différentes pour les modes A1, A2, B1, B2 et C.
Pourquoi une ligne longue peut-elle nécessiter une section de câble plus importante même avec un faible courant ?
La résistance augmente proportionnellement à la longueur du conducteur, de sorte que la chute de tension augmente également avec la longueur de la ligne. Un câble peut parfaitement satisfaire à l'exigence d'intensité admissible tout en dépassant la limite de chute de tension spécifiée. Dans ce cas, le calculateur sélectionne la section de conducteur supérieure adaptée.
Comment la température influence-t-elle le calcul de la section du câble ?
Lorsque la température augmente, la résistance électrique du cuivre et de l'aluminium augmente également, ce qui accroît la chute de tension calculée. Des coefficients de température de 0,00393 1/°C pour le cuivre et de 0,00403 1/°C pour l'aluminium sont utilisés pour cette correction. L'intensité admissible tabulée reste basée sur les conditions de référence IEC pour l'isolation PVC : température du conducteur de 70 °C et température ambiante de 30 °C.