Exetat · Électricité

Canalisations et protection des personnes

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Un câble trop fin chauffe et fait chuter la tension au bout de la ligne ; une masse métallique mal reliée à la terre peut électrocuter. L'Exetat demande de calculer une section, une chute de tension, le calibre d'une protection et la résistance de terre admissible.

L'essentiel

  • Un conducteur a une résistance R = ρ × longueur/S (ρ du cuivre ≈ 0,017 Ω·mm²/m, S en mm², longueur en m). Le courant y produit une chute de tension : la tension au bout de la ligne est plus faible qu'au départ.
  • Monophasé : le courant fait l'aller par la phase et le retour par le neutre, donc la longueur parcourue vaut 2L : ΔU = 2 × ρ × L × I × cos φ/S. Triphasé (chute entre phases) : ΔU = √3 × ρ × L × I × cos φ/S. Pour une longue ligne avec réactance : ΔU ≈ √3 × I × (R cos φ + X sin φ).
  • Pour trouver la section, on renverse la formule avec la chute admise (souvent 3 % ou 5 % de la tension) : S = 2ρLI cos φ/ΔU en monophasé, S = √3 ρLI cos φ/ΔU en triphasé. Puis on prend la section normalisée IMMÉDIATEMENT SUPÉRIEURE (1,5 ; 2,5 ; 4 ; 6 ; 10 ; 16 ; 25 ; 35 ; 50 mm²…).
  • Premier dimensionnement par densité de courant : S = I/J (par exemple J = 5 A/mm² dans le cuivre), puis section normalisée supérieure. On vérifie ensuite la chute de tension si la ligne est longue.
  • Calibre d'un disjoncteur ou d'un fusible : le calibre normalisé immédiatement supérieur au courant d'emploi (I = P/U en monophasé), et compatible avec la section du câble. Un calibre trop grand ne protège plus le câble.
  • Le conducteur de protection (vert-jaune) relie les masses métalliques des appareils à la terre. Le courant normal revient par le neutre ; le conducteur de protection ne porte que le courant de défaut, quand une phase touche une carcasse. Ce courant de fuite fait déclencher le dispositif différentiel.
  • Schéma TT : la tension de contact sur une masse vaut R A × courant de défaut. Pour qu'elle ne dépasse pas la tension limite U L (50 V en local sec), il faut R A × IΔn ≤ U L, donc R A ≤ U L/IΔn. Avec un différentiel de 500 mA : R A ≤ 50/0,5 = 100 Ω. Le différentiel de 30 mA protège aussi contre les contacts directs.
  • Pour travailler sur une ligne : couper (disjoncteur), séparer (sectionneur, jamais ouvert en charge car il n'a pas de pouvoir de coupure), vérifier l'absence de tension, puis mettre à la terre et en court-circuit avec le sectionneur de mise à la terre.

Les formules

Résistance d'un conducteur
R = ρ × l/S
ρ cuivre ≈ 0,017 Ω·mm²/m
Chute de tension monophasée
ΔU = 2 × ρ × L × I × cos φ/S
aller et retour
Chute de tension triphasée
ΔU = √3 × ρ × L × I × cos φ/S
entre phases
Ligne avec réactance
ΔU ≈ √3 × I × (R cos φ + X sin φ)
R, X d'un conducteur
Section minimale
S = 2ρLI cos φ/ΔU (mono) ; S = √3 ρLI cos φ/ΔU (tri)
puis section normalisée supérieure
Densité de courant
S = I/J
J en A/mm²
Prise de terre en TT
R A ≤ U L/IΔn
U L = 50 V, IΔn en A

La méthode

  1. 1Calcule le courant d'emploi : I = P/(U cos φ) en monophasé, I = P/(√3 U cos φ) en triphasé.
  2. 2Calcule la chute admise en volts : pourcentage × tension.
  3. 3Choisis la bonne formule : facteur 2 en monophasé, √3 en triphasé ; garde cos φ s'il est donné.
  4. 4Isole S, puis prends la section normalisée juste au-dessus. Vérifie la densité de courant si l'on te la donne.
  5. 5Pour une protection, prends le calibre normalisé juste au-dessus du courant d'emploi ; pour une terre en TT, divise 50 V par la sensibilité du différentiel en ampères.

Un exemple résolu

Un atelier est alimenté en triphasé 400 V par un câble en cuivre (ρ = 0,017 Ω·mm²/m) de 120 m. Il absorbe 60 A avec cos φ = 0,85. La chute de tension ne doit pas dépasser 3 %. Quelle section normalisée choisir ?

  1. 1.Chute admise : 3 % de 400 V = 12 V.
  2. 2.Section minimale : S = √3 × 0,017 × 120 × 60 × 0,85/12.
  3. 3.Numérateur : 1,732 × 0,017 × 120 × 60 × 0,85 ≈ 180,2 ; divisé par 12 : S ≈ 15,0 mm².
  4. 4.Section normalisée immédiatement supérieure : 16 mm².
  5. 5.Vérification : avec 16 mm², ΔU = 180,2/16 ≈ 11,3 V, sous les 12 V. Densité : 60/16 = 3,75 A/mm², raisonnable.

Réponse : On choisit des conducteurs de 16 mm².

Les pièges à éviter

  • Oublier le retour par le neutre en monophasé (facteur 2) : la chute calculée est deux fois trop faible et la section trop petite.
  • Mettre le facteur 2 en triphasé au lieu de √3, ou oublier √3.
  • Arrondir la section vers le bas (8 mm² devient 6 mm²) : une section se choisit toujours vers le haut.
  • Confondre le conducteur de protection et le neutre : le courant normal revient par le neutre.
  • Oublier de convertir les mA en A pour la terre (500 mA = 0,5 A), ou prendre une autre sensibilité que celle de l'énoncé.

À retenir

ΔU = 2ρLI cos φ/S en monophasé, √3 ρLI cos φ/S en triphasé ; on prend la section normalisée supérieure ; en TT, R A ≤ 50 V/IΔn.

Les outils utiles