Calcul de la section des câbles par puissance et courant : comment calculer correctement le câblage

Envisagez-vous de faire modernisation du réseau électrique ou prolonger en plus la ligne électrique jusqu'à la cuisine pour connecter une nouvelle cuisinière électrique ? Ici, une connaissance minimale de la section transversale du conducteur et de l'effet de ce paramètre sur la puissance et le courant sera utile.

Convenez qu'un calcul incorrect de la section du câble entraîne une surchauffe et un court-circuit ou des coûts injustifiés.

Il est très important d'effectuer des calculs dès la conception, car la défaillance câblage caché et le remplacement ultérieur est associé à des coûts importants. Nous vous aiderons à comprendre les subtilités des calculs afin d'éviter des problèmes lors du fonctionnement ultérieur des réseaux électriques.

Afin de ne pas vous encombrer de calculs complexes, nous avons sélectionné des formules et des options de calcul claires, présenté les informations sous une forme accessible et fourni des explications aux formules. Des photos thématiques et du matériel vidéo ont également été ajoutés à l'article, vous permettant de comprendre clairement l'essence de la question à l'étude.

Calcul de la section efficace pour la puissance du consommateur

L'objectif principal des conducteurs est de fournir de l'énergie électrique aux consommateurs dans la quantité requise. Comme les supraconducteurs ne sont pas disponibles dans des conditions normales de fonctionnement, la résistance du matériau conducteur doit être prise en compte.

Calcul de la section requise conducteurs et câbles en fonction de la puissance totale des consommateurs est basée sur une expérience d'exploitation à long terme.

Commençons le cours général des calculs en effectuant d'abord des calculs à l'aide de la formule :

P = (P1+P2+..PN)*K*J,

Où:

• P. – la puissance de tous les consommateurs connectés à la branche calculée en Watts.
• P1, P2, PN – puissance du premier, deuxième, nième consommateur, respectivement, en watts.

Après avoir reçu le résultat à la fin des calculs selon la formule ci-dessus, il était temps de se tourner vers les données tabulaires.

Vous devez maintenant sélectionner la section requise selon le tableau 1.

Tableau 1. La section du fil doit toujours être sélectionnée du plus grand côté le plus proche (+)

Étape #1 - calcul de la puissance réactive et active

Les capacités des consommateurs sont indiquées dans les documents de l'équipement. En règle générale, les fiches techniques des équipements indiquent la puissance active ainsi que la puissance réactive.

Les appareils avec un type de charge actif convertissent toute l'énergie électrique reçue, en tenant compte de l'efficacité, en travail utile : mécanique, thermique ou autre.

Les appareils dotés de charges actives comprennent les lampes à incandescence, les radiateurs et les cuisinières électriques.

Pour de tels appareils, le calcul de la puissance en courant et en tension a la forme :

P=U*I,

Où:

• P. – puissance en W ;
• U – tension en V ;
• je – intensité du courant en A.

Les appareils dotés d'une charge de type réactif sont capables d'accumuler de l'énergie provenant d'une source et de la restituer ensuite. Cet échange se produit en raison du déplacement de la sinusoïde de courant et de la sinusoïde de tension.

A déphasage nul, la puissance P=U*I a toujours une valeur positive. Les appareils avec un type de charge actif ont un tel graphique des phases de courant et de tension (I, i - courant, U, u - tension, π - pi égal à 3,14)

Les appareils à puissance réactive comprennent les moteurs électriques, les appareils électroniques de toutes tailles et de toutes utilisations, ainsi que les transformateurs.

Lorsqu'il y a un déphasage entre la sinusoïde de courant et la sinusoïde de tension, la puissance P=U*I peut être négative (I, i - courant, U, u - tension, π - pi égal à 3,14). Un dispositif à puissance réactive renvoie l'énergie stockée à la source

Les réseaux électriques sont construits de manière à pouvoir transférer l’énergie électrique dans une direction, de la source à la charge.

Par conséquent, l’énergie renvoyée par un consommateur avec une charge réactive est parasite et est gaspillée pour chauffer les conducteurs et autres composants.

La puissance réactive dépend de l'angle de phase entre les sinusoïdes de tension et de courant. L'angle de déphasage est exprimé par cosφ.

Pour trouver la puissance totale, utilisez la formule :

P = Q / cosφ,

Où Q – la puissance réactive en VAR.

Généralement, la fiche technique de l'appareil indique la puissance réactive et le cosφ.

Exemple: le passeport du marteau perforateur indique une puissance réactive de 1200 VAr et cosφ = 0,7.La consommation électrique totale sera donc égale à :

P = 1 200/0,7 = 1 714 W

Si cosφ n'a pas pu être trouvé, pour la grande majorité des appareils électroménagers, cosφ peut être pris égal à 0,7.

Etape #2 - recherche des coefficients de simultanéité et de marge

K – coefficient de simultanéité sans dimension, indique combien de consommateurs peuvent être connectés au réseau en même temps. Il arrive rarement que tous les appareils consomment de l’électricité en même temps.

Le fonctionnement simultané du téléviseur et du centre musical est peu probable. D'après la pratique établie, K peut être pris égal à 0,8. Si vous envisagez d'utiliser tous les consommateurs simultanément, K doit être défini sur 1.

J. – facteur de sécurité sans dimension. Caractérise la création d'une réserve de marche pour les futurs consommateurs.

Les progrès ne s'arrêtent pas : chaque année, de nouveaux appareils électriques étonnants et utiles sont inventés. La consommation d'électricité devrait augmenter de 84 % d'ici 2050. Généralement, J est compris entre 1,5 et 2,0.

Étape #3 - effectuer des calculs selon la méthode géométrique

Dans tous les calculs électriques, la section transversale du conducteur est prise - la section transversale du noyau. Mesuré en mm².

Il est souvent nécessaire d'apprendre à calculer correctement diamètre du fil fils conducteurs.

Dans ce cas, il existe une formule géométrique simple pour un fil rond monolithique :

S = π*R² = π*D²/4, ou vice versa

ré = √(4*S / π)

Pour les conducteurs rectangulaires :

S = h * m,

Où:

• S – surface centrale en mm²;
• R. – rayon du noyau en mm ;
• D – diamètre du noyau en mm ;
• h, m – largeur et hauteur, respectivement, en mm ;
• π — pi est égal à 3,14.

Si vous achetez un fil toronné dans lequel un conducteur est constitué de plusieurs fils torsadés de section ronde, le calcul est effectué selon la formule :

S = N*D²/1,27,

Où N – nombre de fils dans l'âme.

Les fils avec des âmes torsadées à partir de plusieurs fils ont généralement une meilleure conductivité que les fils monolithiques. Cela est dû aux particularités du flux de courant à travers un conducteur de section ronde.

Le courant électrique est le mouvement de charges similaires le long d’un conducteur. Comme les charges se repoussent, la densité de distribution des charges est décalée vers la surface du conducteur.

Un autre avantage des fils toronnés est leur flexibilité et leur résistance mécanique. Les fils monolithiques sont moins chers et sont principalement utilisés pour une installation fixe.

Étape n°4 : calculer la section efficace de puissance en pratique

Tâche: la puissance totale des consommateurs dans la cuisine est de 5000 W (ce qui signifie que la puissance de tous les consommateurs réactifs a été recalculée). Tous les consommateurs sont connectés à un réseau monophasé 220 V et sont alimentés depuis une seule branche.

Tableau 2. Si vous envisagez de connecter des consommateurs supplémentaires à l'avenir, le tableau indique la puissance requise des appareils électroménagers courants (+)

Solution:

Prenons le coefficient de simultanéité K égal à 0,8. La cuisine est un lieu d'innovation constante, on ne sait jamais, le facteur de sécurité est J=2,0. La puissance totale estimée sera :

P = 5 000*0,8*2 = 8 000 W = 8 kW

En utilisant la valeur de la puissance calculée, nous recherchons la valeur la plus proche dans le tableau 1.

La section de noyau appropriée la plus proche pour un réseau monophasé est un conducteur en cuivre d'une section de 4 mm.². Taille de fil similaire avec noyau en aluminium de 6 mm².

Pour le câblage unipolaire, le diamètre minimum sera respectivement de 2,3 mm et 2,8 mm.Dans le cas de l'utilisation d'une option multicœur, la section transversale des noyaux individuels est résumée.

Calcul de la section efficace actuelle

Les calculs de la section transversale de courant et de puissance requise des câbles et des fils fourniront des résultats plus précis.De tels calculs permettent d'évaluer l'influence globale de divers facteurs sur les conducteurs, notamment la charge thermique, la marque des fils, le type de pose, les conditions d'exploitation, etc.

L'ensemble du calcul s'effectue selon les étapes suivantes :

• sélection du pouvoir de tous les consommateurs;
• calcul des courants traversant un conducteur ;
• sélection d'une section appropriée à l'aide de tableaux.

Pour cette option de calcul, la puissance des consommateurs en termes de courant et de tension est prise en compte sans prendre en compte les facteurs de correction. Ils seront pris en compte lors de la sommation de la force actuelle.

Étape #1 - calcul de l'intensité du courant à l'aide de formules

Pour ceux qui ont oublié le cours de physique scolaire, nous proposons les formules de base sous forme de schéma graphique en guise d'aide-mémoire visuel :

La « Roue Classique » démontre clairement la relation des formules et l'interdépendance des caractéristiques du courant électrique (I - intensité du courant, P - puissance, U - tension, R - rayon du noyau)

Notons la dépendance du courant I sur la puissance P et la tension de ligne U :

I = P/U_je,

Où:

• je — l'intensité du courant, mesurée en ampères ;
• P. — puissance en watts ;
• U_je — tension de ligne en volts.

La tension secteur dépend généralement de la source d’alimentation ; elle peut être monophasée ou triphasée.

Relation entre tension linéaire et tension de phase :

1. U_je = U*cosφ en cas de tension monophasée.
2. U_je = U*√3*cosφ en cas de tension triphasée.

Pour les consommateurs électriques domestiques, cosφ=1 est accepté, la tension linéaire peut donc être réécrite :

1. U_je = 220 V pour tension monophasée.
2. U_je = 380 V pour tension triphasée.

Ensuite, nous résumons tous les courants consommés à l'aide de la formule :

Je = (I1+I2+…IN)*K*J,

Où:

• je – courant total en ampères ;
• I1..IN – l'intensité du courant de chaque consommateur en ampères ;
• K – coefficient de simultanéité ;
• J. - facteur de sécurité.

Les coefficients K et J ont les mêmes valeurs que ceux utilisés pour le calcul de la puissance totale.

Il peut arriver que dans un réseau triphasé, un courant d'intensité inégale circule à travers différents conducteurs de phase.

Cela se produit lorsque des consommateurs monophasés et triphasés sont connectés simultanément à un câble triphasé. Par exemple, une machine triphasée et un éclairage monophasé sont alimentés.

Une question naturelle se pose : comment est calculée la section d'un fil toronné dans de tels cas ? La réponse est simple : les calculs sont effectués sur la base du noyau le plus chargé.

Étape n°2 : sélectionner une section appropriée à l'aide de tableaux

Les règles d'exploitation des installations électriques (PEU) contiennent un certain nombre de tableaux permettant de sélectionner la section requise de l'âme du câble.

La conductivité d'un conducteur dépend de la température. Pour les conducteurs métalliques, la résistance augmente avec l’augmentation de la température.

Lorsqu’un certain seuil est dépassé, le processus devient autonome : plus la résistance est élevée, plus la température est élevée, plus la résistance est élevée, etc. jusqu'à ce que le conducteur grille ou provoque un court-circuit.

Les deux tableaux suivants (3 et 4) montrent la section des conducteurs en fonction des courants et de la méthode d'installation.

Tableau 3. Tout d'abord, vous devez choisir la méthode de pose des fils, cela détermine l'efficacité du refroidissement (+)

Un câble diffère d'un fil en ce que toutes les âmes du câble, équipées de leur propre isolation, sont torsadées en un faisceau et enfermées dans une gaine isolante commune. Plus de détails sur les différences et les types de produits de câbles sont écrits dans ce article.

Tableau 4. La méthode ouverte est indiquée pour toutes les valeurs de section de conducteur, cependant, en pratique, les sections inférieures à 3 mm2 ne sont pas posées à découvert pour des raisons de résistance mécanique (+)

Lors de l'utilisation de tableaux, les coefficients suivants sont appliqués au courant continu admissible :

• 0,68 si 5-6 cœurs ;
• 0,63 si 7 à 9 cœurs ;
• 0,6 si 10-12 cœurs.

Des facteurs de réduction sont appliqués aux valeurs actuelles de la colonne « ouvert ».

Les conducteurs neutre et de terre ne sont pas compris dans le nombre de conducteurs.

Selon les normes PES, le choix de la section du conducteur neutre en fonction du courant continu admissible se fait à au moins 50 % du conducteur de phase.

Les deux tableaux suivants (5 et 6) montrent la dépendance du courant à long terme admissible lors de sa pose dans le sol.

Tableau 5. Dépendances du courant à long terme admissible pour les câbles en cuivre lorsqu'ils sont posés dans l'air ou dans le sol

La charge actuelle lorsqu'elle est posée à découvert et lorsqu'elle est posée profondément dans le sol est différente. Ils sont acceptés à égalité si la pose dans le sol est réalisée à l'aide de bacs.

Tableau 6. Dépendances du courant continu admissible pour les câbles en aluminium lorsqu'ils sont posés dans l'air ou dans le sol

Pour l'installation de lignes d'alimentation électrique temporaires (transportantes, si pour usage privé), le tableau (7) suivant s'applique.

Tableau 7. Courant continu admissible lors de l'utilisation de cordons de tuyaux portables, de câbles de tuyaux et d'arbres portables, de câbles de projecteurs, de fils portables flexibles. Seuls des conducteurs en cuivre sont utilisés

Lors de la pose des câbles dans le sol, outre les propriétés de dissipation thermique, il est nécessaire de prendre en compte la résistivité, qui se reflète dans le tableau suivant (8) :

Tableau 8. Facteur de correction en fonction du type et de la résistivité du sol pour le courant de longue durée admissible, lors du calcul de la section du câble (+)

Calcul et sélection de noyaux de cuivre jusqu'à 6 mm² ou aluminium jusqu'à 10 mm² s'effectue comme pour un courant continu.

Dans le cas de sections importantes, il est possible d'appliquer un facteur de réduction :

0,875 * √T_PV

Où T_PV — rapport entre la durée de commutation et la durée du cycle.

La durée de mise en marche ne doit pas dépasser 4 minutes. Dans ce cas, le cycle ne doit pas dépasser 10 minutes.

Lors du choix d'un câble pour distribuer l'électricité dans maison en bois Une attention particulière est portée à sa résistance au feu.

Étape #3 - calcul de la section actuelle du conducteur à l'aide d'un exemple

Tâche: calculer la section requise câble en cuivre pour le raccordement :

• machine à bois triphasée d'une puissance de 4000 W;
• machine à souder triphasée d'une puissance de 6000 W;
• appareils électroménagers de la maison d'une puissance totale de 25 000 W ;

La connexion sera réalisée avec un câble à cinq conducteurs (trois conducteurs de phase, un neutre et un de mise à la terre), posé dans le sol.

L'isolation des produits de câbles et de fils est calculée pour une tension de fonctionnement spécifique. Il faut tenir compte du fait que la tension de fonctionnement de son produit indiquée par le fabricant doit être supérieure à la tension du secteur

Solution.

Étape 1. On calcule la tension linéaire d'une connexion triphasée :

U_je = 220 * √3 = 380 V

Étape 2. Les appareils électroménagers, une machine-outil et une machine à souder ont une puissance réactive, donc la puissance des machines et équipements sera :

P._ceux = 25 000 / 0,7 = 35 700 W

P._obor = 10 000 / 0,7 = 14 300 W

Étape 3. Courant nécessaire pour connecter les appareils électroménagers :

je_ceux = 35 700 / 220 = 162 A

Étape 4. Courant requis pour connecter l'équipement :

je_obor = 14300 / 380 = 38 A

Étape #5. Le courant requis pour connecter les appareils électroménagers est calculé sur la base d'une phase. Selon le problème, il y a trois phases. Le courant peut donc être réparti entre les phases. Pour simplifier, nous supposons une distribution uniforme :

je_ceux = 162 / 3 = 54 A

Étape n°6. Courant par phase :

je_F = 38 + 54 = 92 A

Étape n°7. Les équipements et appareils électroménagers ne fonctionneront pas en même temps ; de plus, nous réserverons une réserve de 1,5. Après application des facteurs de correction :

je_F = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A

Étape n°8. Bien que le câble contienne 5 conducteurs, seuls les conducteurs triphasés sont pris en compte. D'après le tableau 8 dans la colonne Câble tripolaire dans le sol, on constate qu'un courant de 115 A correspond à une section de conducteur de 16 mm².

Étape #9. Selon le tableau 8, nous appliquons un facteur de correction en fonction des caractéristiques du terrain. Pour un type de terre normal, le coefficient est de 1.

Étape #10. Facultatif, calculez le diamètre du noyau :

D = √(4*16 / 3,14) = 4,5 mm

Si le calcul était effectué uniquement sur la base de la puissance, sans tenir compte des particularités de la pose des câbles, alors la section transversale du noyau serait de 25 mm². Le calcul de l'intensité du courant est plus compliqué, mais permet parfois d'économiser de l'argent important, notamment lorsqu'il s'agit de câbles d'alimentation multiconducteurs.

Vous pouvez en savoir plus sur la relation entre les valeurs de tension et de courant ici.

Calcul de chute de tension

Tout conducteur, à l'exception des supraconducteurs, possède une résistance. Par conséquent, si le câble ou le fil est suffisamment long, une chute de tension se produit.

Les normes PES exigent que la section de l'âme du câble soit telle que la chute de tension ne dépasse pas 5 %.

Tableau 9. Résistivité des conducteurs métalliques communs (+)

Cela concerne principalement les câbles basse tension de faible section.

Le calcul de la chute de tension est le suivant :

R = 2*(ρ * L) / S,

U_tampon = je * R,

U_% = (U_tampon /tu_lin) * 100,

Où:

• 2 – coefficient dû au fait que le courant passe nécessairement par deux fils ;
• R. – résistance du conducteur, Ohm ;
• ρ — résistivité du conducteur, Ohm*mm²/m;
• S – section du conducteur, mm²;
• U_tampon – chute de tension, V ;
• U_% - chute de tension par rapport à U_lin,%.

À l'aide de formules, vous pouvez effectuer indépendamment les calculs nécessaires.

Exemple de calcul de portage

Tâche: calculez la chute de tension pour un fil de cuivre avec une section d'un noyau de 1,5 mm². Le fil est nécessaire pour connecter une machine à souder électrique monophasée d'une puissance totale de 7 kW. Longueur du fil 20 m.

Ceux qui souhaitent connecter un poste à souder domestique à une branche du réseau électrique doivent tenir compte du tamis de courant pour lequel le câble utilisé est conçu. Il est possible que la puissance totale des appareils en fonctionnement soit plus élevée. La meilleure option est de connecter les consommateurs à des succursales distinctes

Solution:

Étape 1. Nous calculons la résistance du fil de cuivre à l'aide du tableau 9 :

R = 2*(0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm

Étape 2. Courant circulant dans le conducteur :

I = 7000 / 220 = 31,8 A

Étape 3. Chute de tension sur le fil :

U_tampon = 31,8 * 0,47 = 14,95 V

Étape 4. On calcule le pourcentage de chute de tension :

U_% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%

Conclusion : pour connecter la machine à souder, un conducteur de grande section est nécessaire.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Calcul de la section du conducteur à l'aide des formules :

Recommandations de spécialistes sur la sélection de produits de câbles et de fils :

Les calculs ci-dessus sont valables pour les conducteurs en cuivre et en aluminium à usage industriel. Pour les autres types de conducteurs, le transfert thermique total est pré-calculé.

Sur la base de ces données, le courant maximum pouvant circuler dans le conducteur sans provoquer d'échauffement excessif est calculé.

Si vous avez des questions sur la méthode de calcul de la section du câble ou si vous souhaitez partager votre expérience personnelle, n'hésitez pas à laisser des commentaires sur cet article.La section de révision se trouve ci-dessous.