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 Calcul de la chute de tension - Section des conducteurs

Le présent document dresse les règles essentielles quant au choix de câbles d'alimentation, et met à disposition un outil de calcul de la chute de tension pour des sections de câbles allant du 6/10 au 300mm². Un exemple d'étude est également fourni en fin de document.

La norme

La NFC 15-100 prévoit que la chute de tension d'une installation n'excède pas les valeurs suivantes selon le type de distribution :

Eclairage Autres usages
A - Installations alimentées directement par un branchement à basse tension, à partir d'un réseau de distribution publique à basse tension. 3 % 5 %
B - Installations alimentées par un poste de livraison ou par un poste de transformation à partir d'une installation à haute tension (l'origine de l'installation est le point de raccordement HTA) 6 % 8 %
Une installation électrique domestique traditionnelle se voit appliquer la règle des 3%, le tableau de répartition desservant notamment des circuits d'éclairage.
Cette limitation s'applique à l'ensemble de l'installation, du disjoncteur de branchement lorsqu'il est en limite de propriété, jusqu'aux différents appareils et prises desservies que nous appelerons "circuits terminaux".
Etant difficile de savoir qu'elles seront les chutes de tension effectives entre le tableau de répartition et ces circuits terminaux, il est d'usage de réserver 2% pour le câble d'alimentation laissant ainsi une marge de 1% pour les liaisons en aval du tableau.

A noter que l'intensité utilisée pour le calcul de la chute de tension sera l'intensité de réglage la plus élevée du disjoncteur de branchement. Ce qui signifie que pour un disjoncteur 15/45 ampères réglé sur 30 A (abonnement 6kVA) il faudra baser le calcul sur l'intensité max, soit 45 A.

Le calcul

Le présent calculateur fournit un historique des derniers calculs effectués que vous pouvez réinitialiser à tout moment. Cet historique vous aidera à comparer les résultats obtenus (fond rouge ou vert selon qu'ils soient en hausse ou en baisse) en fonction des critères de recherche, ceux modifiées étant eux aussi différenciés de ceux restés inchangés. Les fonds rouges et verts des résultats ne signifient en rien qu'ils sont mauvais ou corrects. Ils ne font que comparer un résultat au précédant.

  Calculer la chute de tension
    
Type de réseau
Type de câble
Longueur en mètres m
Intensité A
Tension

Optionnel :
Domaine d'application


Résultats
Chute de tension (ΔV)
Chute de tension en %
 

Formule

RemonterExplications

Illustration chutes de tension dans un câbleLa chute de tension dans un conducteur résulte de pertes par effet Joule. Une partie de l'énergie véhiculée est absorbée par ces mêmes conducteurs et dissipée sous forme de chaleur.

Les conducteurs se comportent donc comme des résistances placées en série de part et d'autre des récepteurs.



La chute de tension, et par conséquent les pertes et échauffements occasionnés, dépendent de ces principaux critères :

- La résistivité des matériaux conducteurs utilisés, qui s'exprime en Ω mm²/m.
Les différents matériaux utilisés comme le cuivre ou l'aluminium ne présentent pas les mêmes caractéristiques conductrices. Le cuivre est par exemple meilleur conducteur que l'aluminium, et moins bon que l'argent.

- La section des conducteurs exprimée en mm².
Plus la section est importante plus les électrons circuleront librement, tel un flux de personnes dans un couloir de métro plus ou moins étroit.

- L'intensité du courant qui le traverse, exprimée en ampères (A).
Pour reprendre notre exemple, la largeur du couloir équivaut à la section du conducteur et l'intensité au flux des usagers. Un flux d'usagers important (courant élevé) dans un couloir trop étroit (section inadaptée) ralentirait leur course. Plus concrètement, cela se traduirait par un échauffement excessif des conducteurs qui au-delà des pertes occasionnées peuvent les endommager et générer un court-circuit.

- La longueur des conducteurs.
Plus la distance parcourue est longue plus il y aura d'énergie de dissipée, un peu comme des calories perdues à chacun de nos pas qui feront que notre capital énergétique aura diminué entre notre départ et notre arrivée.


D'autres facteurs entrent en jeu mais sont beaucoup plus abstraits, et ces derniers peuvent être négligés en domestique.

- Le facteur de puissance (Cos φ), idéalement égal à 1, dépend de la qualité de l'installation en aval, plus exactement du type de matériels alimentés et de leur proportion.
Pour une installation domestique nous pouvons considérer un Cosφ de 1, bien que ce soit de moins en moins vrai avec l'arrivée des ordinateurs, lampes à économie d'énergies, etc.
En industrie il n'est pas rare de trouver des facteurs de puissance inférieurs à 0,80 principalement lié aux moteurs asynchrones et aux éclairages fluorescents.
Pour davantage d'informations référez-vous à ces explications, notamment l'analogie du facteur de puissance et des systèmes d'embrayage.
disposition des câbles et réactance linéique
- La réactance linéique (ρ) exprimée en Ω/m ou mΩ/m, liée aux perturbations résultant des champs électromagnétiques générés par le passage du courant. La réactance linéique dépend essentiellement du type de câble utilisé (unipolaire, tri ou multiconducteurs) et de leur disposition (en nappes, espacés ou en trèfle).
L'image ci-contre montre à titre indicatif le rôle joué par la disposition des câbles ou le type de câbles utilisés.

La réactance n'influant que sur d'importantes sections, le présent outil n'affiche cette option et n'en tient compte qu'au delà de 16mm².

- Le type de réseau (monophasé ou triphasé).
Comme l'illustre le schéma représentant le récepteur et les chutes de tension représentées à l'aller comme au retour, nous avons en régime monophasé un phénomène de double perte. Un coefficient multiplicateur (b) de 2 est alors appliqué.
En régime triphasé équilibré (à charges égales sur les trois phases) le courant dans le neutre est nul. Le coefficient b est alors de 1.
Enfin, en régime triphasé déséquilibré le courant dans le neutre dépend de la répartition des charges sur ces dernières. Le coefficient appliqué est dans ce cas de 2.

Intensité dans le neutre en régime équilibré et déséquilibré

 

RemonterExemple d'application


Cas d'une installation électrique domestique, avec une distribution basse tension 230V (monophasé). Pour rappel la norme limite les chutes de tension du tenant à l'aboutissant à 3% pour de l'éclairage et à 5% pour d'autres usages (voir tableau en haut de page).

Interprétation de ces tolérances
Illustration des chutes de tension pour les alimentations secondaires
  Pour pouvoir appliquer les 5%, le câble faisant l'objet de l'étude ne doit distribuer aucun appareil d'éclairage. Nous pourrons appliquer cette tolérance de 5% pour par exemple l'alimentation d'un portail automatique, la signalisation (gyrophare) n'ayant pas rôle d'éclairage, à condition que ce même câble ne distribue pas parallèlement un projecteur ou autre type de luminaire.
Si nous déduisons de ces 5% les 2% réservés pour le câble d'alimentation général, il nous reste 3% pour la relier le portail électrique au tableau de répartition.


disjoncteur de branchement en limite de propriété
Le coffret de distribution ERDF est situé en limite de propriété, à 32m du tableau principal.
Il appartient au propriétaire d'assurer la liaison entre le coffret de distribution et la GTL (article complet sur le sujet).

L'abonnement souscrit est de 6 kVA, soit un disjoncteur de branchement 15/45 A réglé à 30 ampères.
Le choix du câble doit tenir compte du calibre maximum de disjoncteur, dans le cas ou l'abonnement passerait ultérieurement à 9 kVA, soit 45 A.

Un tableau dans ce même article donne les longueurs maximales de câbles d'alimentation par types de disjoncteurs de branchement et sections de câbles (cuivre). On y apprend qu'entre 22 et 36m la section mini pour un disjoncteur 15/45 est de 16mm² en monophasé. Nous aurions tout aussi bien pu parvenir à ce résultat avec l'outil de calcul de cette page.

Voyons quelle en sera la chute de tension maxi (intensité max) avec l'aide de notre outil de calcul :

- Type de réseau : Monophasé
- Longueur : 32m
- Intensité : 45 A
- Tension : 230 V
- Domaine d'application : Domestique (Cosφ théorique = 1)

Nous obtenons une chute de tension max de 4,14 volts soit 1,8% de la tension du réseau.
Nous voyons que nous sommes bien dans la tolérance, qui pour rappel est de 2% pour l'alimentation du tableau, 1% étant réservé pour les circuits en aval de ce dernier.

Supposons maintenant que nous devions alimenter le tableau divisionnaire d'une dépendance protégé par un disjoncteur 25A, reprit depuis le tableau principal, ceux-ci étant séparés de 25m.

Nous avions donc 1,8% du disjoncteur de branchement au tableau principal, ne nous laissant qu'une tolérance de 1,2% pour l'alimentation et les circuits terminaux de la dépendance pour rester dans nos 3%.

Après calcul, 25A sur 25m et pour du 16mm² nous donnent une chute de tension de 0,78% et ne nous reste que 0,42% pour les circuits terminaux.
Avec du 25mm² nous chutons à 0,5% avec 0,7% restant.

Une autre possibilité sera de reconsidérer la section de l'alimentation générale qui était de 16mm² sous 45A et sur une distance de 32m.
En la passant à du 25mm² nous sommes à 1,15% contre 1,8 précédemment.

Regroupons le tout dans un tableau :

 Chute de tension (%)
 Sections en mm²
( principal  / divisionnaire )
 16 / 16
 16 / 25  25 / 16  25 / 25
 ΔV principal 1,8
1,8
1,15
1,15
 ΔV divisionnaire 0,78 0,5 0,78 0,5
 ΔV 1 + ΔV 2
2,58 2,3 1,93 1,65
ΔV terminaux
3% - (
ΔV 1 + ΔV 2)
0,42
0,7
1,07 1,35



Les 0,42% sont insuffisants, poursuivons ...
Les 0,7% sont aussi trop faibles mais pourraient convenir pour un local restrient, sans grandes longueurs de câbles pour atteindre les circuits terminaux.
Les 1,07% forment sans aucun doute le meilleur compromis de ces quatres solutions. Si l'on passe la protection de la dépendance en 32A au lieu des 25 actuels, la chute de tension augmenterait de 0,14% sur cette alimentation laissant 0,93% pour les circuits terminaux ce qui reste acceptable.
Les 1,35% ressortent plus de l'excès de prudence.

Les valeurs d'intensité exploitées étant toujours des valeurs maximales et jamais atteintes dans la réalité, un faible dépassement sera toléré par le Consuel.

RemonterLiens utiles



Sujet réalisé avec la collaboration de membres du forum. Un grand merci à La_Brosse, Firmin, Carminas et Ange sans qui cet ouvrage ne serait pas aussi complet et pédagogique.
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