Choix du disjoncteur en fonction de la puissance de la charge, de la section du câble et du courant : principes et formules pour les calculs

Pour organiser une alimentation électrique intérieure fiable, il est nécessaire de prévoir des branches séparées. Chaque ligne doit être équipée de son propre dispositif de protection, qui protège l'isolation du câble contre la fusion. Cependant, tout le monde ne sait pas quel appareil acheter. Êtes-vous d'accord ?

Vous apprendrez tout sur le choix des disjoncteurs en fonction de la puissance de la charge dans notre article. Nous vous expliquerons comment déterminer le calibre pour trouver un disjoncteur de la classe requise. Le respect de nos recommandations garantit l'achat des appareils nécessaires, capables d'éviter des situations dangereuses lors de l'exploitation du câblage.

Disjoncteurs pour réseaux domestiques

Les fournisseurs d'électricité raccordent les maisons et les appartements en effectuant les travaux d'acheminement du câble jusqu'au tableau de distribution. Toutes les opérations d'installation du câblage dans les locaux sont effectuées par leurs propriétaires ou par des spécialistes embauchés.

Pour choisir un disjoncteur pour protéger chaque circuit individuel, il est nécessaire de connaître son calibre, sa classe et certaines autres caractéristiques.

Principaux paramètres et classification

Les disjoncteurs domestiques sont installés à l'entrée d'un circuit électrique basse tension et sont destinés à résoudre les tâches suivantes :

• mise sous tension ou hors tension manuelle ou électronique du circuit électrique ;
• protection du circuit : déclenchement du courant en cas de surcharge légère et prolongée ;
• protection du circuit : déclenchement instantané du courant en cas de court-circuit.

Chaque interrupteur possède une caractéristique exprimée en ampères, que l'on appelle le courant nominal (I_n) ou le “calibre”.

L'essence de cette valeur est plus facile à comprendre en utilisant le coefficient de dépassement du calibre :

K = I / I_n,

où I est l'intensité réelle du courant.

• K < 1.13 : le déclenchement ne se produira pas dans l'heure ;
• K > 1.45 : le déclenchement se produira dans l'heure.

Ces paramètres sont fixés au paragraphe 8.6.2 de la norme GOST R 50345-2010. Pour savoir en combien de temps le déclenchement se produit lorsque K>1.45, il faut utiliser le graphique représentant la caractéristique temps-courant d'un modèle de disjoncteur spécifique.

En cas de dépassement prolongé du courant de deux fois la valeur nominale du disjoncteur, l'ouverture se produira dans un délai de 8 secondes à 4 minutes. La vitesse de déclenchement dépend du réglage du modèle et de la température ambiante.

De plus, pour chaque type de disjoncteur automatique, une plage de courant (I_a) est définie, pour laquelle le mécanisme de déclenchement instantané s'active :

• classe “B” : I_a = (3 * I_n .. 5 * I_n] ;
• classe “C” : I_a = (5 * I_n .. 10 * I_n] ;
• classe “D” : I_a = (10 * I_n .. 20 * I_n].

Les dispositifs de type “B” sont principalement utilisés pour les lignes de grande longueur. Dans les locaux résidentiels et de bureau, on utilise des disjoncteurs de classe “C”, tandis que les appareils marqués “D” protègent les circuits où se trouvent des équipements ayant un fort coefficient de courant d'appel.

La gamme standard des disjoncteurs domestiques comprend des appareils avec des calibres de 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50 et 63 A.

Structure des déclencheurs

Dans un disjoncteur moderne, il existe deux types de déclencheurs : thermique et électromagnétique.

Le déclencheur bimétallique a la forme d'une lame composée de deux métaux conducteurs avec des dilatations thermiques différentes. Une telle structure, en cas de dépassement prolongé du calibre, entraîne le chauffage de la pièce, sa flexion et l'actionnement du mécanisme d'ouverture du circuit.

Sur certains disjoncteurs, il est possible de modifier les paramètres de courant de déclenchement à l'aide d'une vis de réglage. Auparavant, cette méthode était souvent utilisée pour un réglage “précis” de l'appareil, mais cette procédure nécessite des connaissances spécialisées approfondies et la réalisation de plusieurs tests.

En tournant la vis de réglage (surlignée par un rectangle rouge) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, on peut obtenir un temps de déclenchement plus long du déclencheur thermique.

Actuellement, on trouve sur le marché de nombreux modèles de calibres standard de différents fabricants, dont les caractéristiques temps-courant diffèrent légèrement (tout en restant conformes aux exigences normatives). Il est donc possible de choisir un disjoncteur avec les réglages “d'usine” souhaités, ce qui élimine le risque d'un étalonnage incorrect.

Le déclencheur électromagnétique empêche la surchauffe de la ligne en cas de court-circuit. Il réagit presque instantanément, mais l'intensité du courant doit alors dépasser largement le calibre. Cette pièce est structurellement un solénoïde. Le surintensité génère un champ magnétique qui déplace le noyau, ouvrant ainsi le circuit.

Respect des principes de sélectivité

En présence d'un circuit électrique ramifié, il est possible d'organiser la protection de manière à ce qu'en cas de court-circuit, seule la branche où se produit la situation d'urgence soit déconnectée. Pour cela, on applique le principe de sélectivité des disjoncteurs.

Schéma explicatif montrant le principe de fonctionnement d'un système de disjoncteurs automatiques avec la fonction de sélectivité de déclenchement en cas de court-circuit.

Pour assurer un déclenchement sélectif aux étages inférieurs, on installe des disjoncteurs à déclenchement instantané, qui ouvrent le circuit en 0,02 à 0,2 seconde. Le disjoncteur placé à l'étage supérieur a soit un retard de déclenchement de 0,25 à 0,6 s, soit est réalisé selon un schéma “sélectif” spécial conformément à la norme DIN VDE 0641-21.

Pour garantir le fonctionnement sélectif des disjoncteurs, il est préférable d'utiliser des disjoncteurs du même fabricant. Pour les interrupteurs d'une même gamme de modèles, il existe des tableaux de sélectivité qui indiquent les combinaisons possibles.

Règles de base de l'installation

Le circuit à protéger par un disjoncteur peut être monophasé ou triphasé, comporter un neutre ainsi qu'un conducteur PE (“terre”). C'est pourquoi les disjoncteurs ont de 1 à 4 pôles, auxquels on raccorde le conducteur de courant. Lorsque les conditions de déclenchement sont réunies, tous les contacts sont simultanément ouverts.

Les disjoncteurs dans le tableau sont fixés sur un rail DIN spécialement prévu à cet effet. Il assure la compacité et la sécurité du raccordement, ainsi qu'un accès facile au disjoncteur.

Les disjoncteurs sont installés de la manière suivante :

• unipolaires sur la phase ;
• bipolaires sur la phase et le neutre ;
• tripolaires sur les 3 phases ;
• tétrapolaires sur les 3 phases et le neutre.

Il est interdit de procéder comme suit :

• installer des disjoncteurs unipolaires sur le neutre ;
• introduire le conducteur PE dans le disjoncteur ;
• installer trois disjoncteurs unipolaires au lieu d'un disjoncteur tripolaire si au moins un récepteur triphasé est connecté au circuit.

Toutes ces exigences sont stipulées dans le PUE (règlement des installations électriques) et doivent être respectées.

Dans chaque maison ou local raccordé à l'électricité, on installe un disjoncteur général. Son calibre est déterminé par le fournisseur et cette valeur est inscrite dans le contrat de raccordement électrique. La fonction de ce disjoncteur est de protéger la section du transformateur jusqu'au consommateur.

Après le disjoncteur principal, on connecte au circuit un compteur (monophasé ou triphasé) et un dispositif de protection différentielle, dont les fonctions diffèrent de celles d'un disjoncteur automatique et différentiel.

Si le câblage dans le local est réparti sur plusieurs circuits, chacun d'eux est protégé par un disjoncteur individuel dont la puissance est indiquée sur l'étiquette. Leurs calibres et classes sont déterminés par le propriétaire du local en fonction du câblage existant ou de la puissance des appareils connectés.

Le compteur électrique et les disjoncteurs sont installés dans un tableau de distribution qui répond à toutes les exigences de sécurité et peut facilement s'intégrer à la décoration intérieure du local.

Lors du choix de l'emplacement pour le tableau de distribution, il faut se rappeler que les propriétés du déclencheur thermique sont influencées par la température ambiante. Il est donc conseillé de placer la barrette porte-disjoncteurs à l'intérieur même du local.

Calcul du calibre nécessaire

La fonction protectrice principale du disjoncteur s'applique au câblage, c'est pourquoi le choix du calibre se fait en fonction de la section du câble. De plus, l'ensemble du circuit doit assurer le fonctionnement normal des appareils qui y sont connectés. Le calcul des paramètres du système n'est pas compliqué, mais de nombreuses nuances doivent être prises en compte pour éviter les erreurs et les problèmes.

Détermination de la puissance totale des consommateurs

L'un des principaux paramètres d'un circuit électrique est la puissance maximale possible des consommateurs d'électricité qui y sont connectés. Lors du calcul de cet indicateur, on ne peut pas simplement additionner les données nominales des appareils.

Composante active et nominale

Pour tout appareil fonctionnant à l'électricité, le fabricant est tenu d'indiquer la puissance active (P). Cette valeur détermine la quantité d'énergie qui sera irrémédiablement transformée par le fonctionnement de l'appareil et pour laquelle l'utilisateur paiera via le compteur.

Mais pour les appareils équipés de condensateurs ou de bobines d'inductance, il existe une autre puissance non nulle, appelée puissance réactive (Q). Elle arrive à l'appareil et revient presque instantanément.

La composante réactive ne participe pas au calcul de l'énergie électrique consommée, mais avec la composante active, elle forme ce que l'on appelle la puissance “apparente” ou “nominale” (S), qui impose une charge au circuit.

cos(f) – paramètre qui permet de déterminer la puissance apparente (nominale) à partir de la puissance active (consommée). S'il n'est pas égal à un, il est indiqué dans la documentation technique de l'appareil électrique.

La contribution d'un appareil individuel à la charge totale sur les conducteurs et le disjoncteur doit être calculée en fonction de sa puissance apparente : S = P / cos(f).

Courants de démarrage élevés

La caractéristique suivante de certains types d'appareils électroménagers est la présence de transformateurs, de moteurs électriques ou de compresseurs. Ces appareils, lors de leur mise en marche, consomment un courant de démarrage (ou courant de départ).

Sa valeur peut dépasser plusieurs fois les normes standard, mais la durée de fonctionnement à puissance élevée est courte et varie généralement de 0,1 à 3 secondes. Une telle brève surtension n'entraînera pas le déclenchement du déclencheur thermique, mais le composant électromagnétique du disjoncteur, responsable des surintensités de court-circuit, pourrait réagir.

Cette situation est particulièrement pertinente pour les lignes dédiées auxquelles sont connectés des équipements tels que les machines à bois. Dans ce cas, il est nécessaire de calculer l'ampérage et il peut être judicieux d'utiliser un disjoncteur de classe “D”.

Prise en compte du coefficient de demande

Pour les circuits auxquels est connectée une grande quantité d'équipements et où il n'y a pas d'appareil qui consomme la plus grande partie du courant, on utilise le coefficient de demande (ks). L'intérêt de son application est que tous les appareils ne fonctionneront pas simultanément, donc la somme des puissances nominales conduirait à une valeur surestimée.

Le coefficient de demande pour les groupes de consommateurs électriques est fixé au paragraphe 7 du SP 256.1325800.2016. Ces valeurs peuvent également être utilisées comme référence pour le calcul indépendant de la puissance maximale.

Ce coefficient peut prendre une valeur égale ou inférieure à un. Le calcul de la puissance calculée (P_r) de chaque appareil s'effectue selon la formule :

P_r = ks * S

La puissance calculée totale de tous les appareils est utilisée pour déterminer les paramètres du circuit. L'utilisation du coefficient de demande est appropriée pour les bureaux et les petits locaux commerciaux avec un grand nombre d'ordinateurs, de matériel de bureau et d'autres équipements alimentés par un seul circuit.

Pour les lignes avec un nombre limité de consommateurs, ce coefficient n'est pas utilisé tel quel. On retire du calcul de la puissance les appareils dont la mise en marche simultanée avec des appareils plus énergivores est peu probable.

Ainsi, par exemple, il y a peu de chances de faire fonctionner simultanément un fer à repasser et un aspirateur dans une pièce à vivre. Et pour les ateliers avec un petit nombre de personnel, seuls 2 à 4 outils électriques les plus puissants sont pris en compte dans le calcul.

Calcul de l'intensité du courant

Le choix du disjoncteur se fait en fonction de la valeur maximale de l'intensité du courant admissible dans la section du circuit. Il est nécessaire d'obtenir cette valeur en connaissant la puissance totale des consommateurs électriques et la tension du réseau.

Selon la norme GOST 29322-2014, depuis octobre 2015, la valeur de la tension doit être de 230 V pour un réseau ordinaire et de 400 V pour un réseau triphasé. Cependant, dans la plupart des cas, les anciens paramètres sont encore en vigueur : 220 V et 380 V respectivement. Par conséquent, pour la précision des calculs, il est nécessaire d'effectuer des mesures à l'aide d'un voltmètre.

Vous pouvez mesurer la tension du réseau domestique à l'aide d'un voltmètre ou d'un multimètre. Pour cela, il suffit d'insérer ses contacts dans une prise de courant.

Un autre problème, particulièrement pertinent pour le câblage électrique dans le secteur résidentiel, est la fourniture d'une alimentation électrique avec une tension insuffisante. Les mesures sur ces sites problématiques peuvent indiquer des valeurs en dehors de la plage définie par la norme GOST.

De plus, en fonction du niveau de consommation d'électricité des voisins, la valeur de la tension peut varier considérablement en peu de temps.

Cela pose un problème non seulement pour le fonctionnement des appareils, mais aussi pour le calcul du courant. Lors d'une baisse de tension, certains appareils perdent simplement en puissance, tandis que d'autres, qui disposent d'un stabilisateur d'entrée, augmentent leur consommation d'électricité.

Il est difficile de réaliser des calculs précis des paramètres nécessaires du circuit dans ces conditions. Par conséquent, vous devrez soit poser des câbles avec une section délibérément plus grande (ce qui est coûteux), soit résoudre le problème en installant un stabilisateur d'entrée ou en connectant la maison à une autre ligne.

Le stabilisateur est installé à côté du tableau de distribution. Il arrive souvent que ce soit le seul moyen d'obtenir des valeurs de tension conformes aux normes dans la maison.

Une fois que la puissance totale des appareils électriques (S) a été trouvée et que la valeur de la tension (U) a été déterminée, le calcul de l'intensité du courant (I) est effectué à l'aide des formules découlant de la loi d'Ohm :

I_f = S / U_f  pour un réseau monophasé

I_l = S / (1.73 * U_l) pour un réseau triphasé

Ici, l'indice “f” désigne les paramètres de phase, et “l” les paramètres de ligne.

La plupart des appareils triphasés utilisent le type de connexion “étoile”, et c'est également selon ce schéma que fonctionne le transformateur fournissant le courant au consommateur. Avec une charge symétrique, l'intensité linéaire et l'intensité de phase sont identiques (I_l = I_f), et la tension se calcule selon la formule :

U_l = 1.73 * U_f

Nuances du choix de la section du câble

La qualité et les paramètres des fils et câbles sont régis par le GOST 31996-2012. Selon ce document, des spécifications techniques (TU) sont élaborées pour les produits fabriqués, où une certaine plage de valeurs des caractéristiques de base est autorisée. Le fabricant est tenu de fournir un tableau de correspondance entre la section des conducteurs et l'intensité maximale de sécurité.

L'intensité maximale admissible dépend de la section des conducteurs des fils et du mode d'installation. Ils peuvent être installés de manière dissimulée (dans le mur) ou apparente (dans un tube ou une goulotte).

Le câble doit être choisi de manière à assurer un passage sûr du courant correspondant à la puissance totale calculée des appareils électriques. Selon le PUE (règles d'installation électrique), la section transversale minimale calculée des fils utilisés dans les locaux d'habitation ne doit pas être inférieure à 1,5 mm².

Les dimensions standard ont les valeurs suivantes : 1,5 ; 2,5 ; 4 ; 6 et 10 mm².

Il est parfois judicieux d'utiliser des fils avec une section d'un cran supérieur au minimum autorisé. Dans ce cas, il est possible de connecter des appareils supplémentaires ou de remplacer ceux existants par des modèles plus puissants sans avoir à effectuer des travaux coûteux et longs de pose de nouveaux câbles.

Calcul des paramètres du disjoncteur

Pour tout circuit, l'inégalité suivante doit être respectée :

I_n <= I_p / 1.45

Ici, I_n est le courant nominal du disjoncteur, et I_p est le courant admissible pour le câblage. Cette règle garantit un déclenchement certain en cas de dépassement prolongé de la charge admissible.

L'inégalité “In <= Ip / 1.45” est la condition principale lors de la constitution de la paire “disjoncteur – câble”. Négliger cette règle peut entraîner un incendie du câblage.

Le calibre du disjoncteur peut être calculé soit en fonction de la charge totale, soit en fonction de la section des conducteurs du câblage déjà posé. Supposons qu'il existe un schéma de branchement des appareils électriques, mais que le câblage n'est pas encore posé.

Dans ce cas, la séquence d'actions est la suivante :

1. Calcul de l'intensité totale du courant des appareils électriques connectés au réseau.
2. Choix d'un disjoncteur avec un calibre au moins égal à la valeur calculée.
3. Sélection de la section du câble en fonction du calibre du disjoncteur.

Exemple :

1. S = 4 kW; I = 4000 / 220 = 18 A;
2. I_n = 20 A;
3. I_p >= I_n * 1.45 = 29 A; D = 4 mm².

Si le câblage est déjà posé, la séquence d'actions est différente :

1. Détermination du courant admissible connaissant la section et le mode de pose du câblage à l'aide du tableau fourni par le fabricant.
2. Choix du disjoncteur.
3. Calcul de la puissance des appareils à connecter. Constitution d'un groupe d'appareils de sorte que la charge totale sur le circuit soit inférieure au calibre.

Exemple. Supposons que deux câbles unipolaires soient posés de manière apparente, D = 6 mm², alors :

1. I_p = 46 A;
2. I_n <= I_p / 1.45 = 32 A;
3. S = I_n * 220 = 7.0 kW.

Au point 2 du dernier exemple, il y a une légère approximation acceptable. La valeur exacte I_n = I_p / 1.45 = 31.7 A a été arrondie à 32 A.

Choix entre plusieurs calibres

Il arrive parfois qu'il soit possible de choisir plusieurs disjoncteurs avec des calibres différents pour protéger un circuit. Par exemple, pour une puissance totale des appareils électriques de 4 kW (18 A), un câblage avec une section de conducteurs en cuivre de 4 mm² a été choisi avec une marge. Pour une telle combinaison, on peut installer des disjoncteurs de 20 et 25 A.

Si le schéma de câblage électrique prévoit une protection à plusieurs niveaux, il faut choisir les disjoncteurs de sorte que la valeur nominale du disjoncteur supérieur (sur la figure, il est à droite – 25 A) soit supérieure à celle des disjoncteurs de niveaux inférieurs.

L'avantage de choisir un disjoncteur avec le calibre le plus élevé est la possibilité de connecter des appareils supplémentaires sans modifier les éléments du circuit. C'est la méthode la plus courante.

En faveur du choix d'un disjoncteur avec un calibre plus faible, le fait que son déclencheur thermique réagisse plus rapidement à une augmentation du courant. En effet, certains appareils peuvent présenter un défaut qui entraîne une augmentation de la consommation d'énergie, mais sans atteindre la valeur d'un court-circuit.

Par exemple, une défaillance du roulement du moteur d'une machine à laver entraînera une augmentation soudaine du courant dans l'enroulement. Si le disjoncteur réagit rapidement au dépassement des valeurs autorisées et se déclenche, le moteur ne grillera pas.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Construction du disjoncteur automatique et sa classification. Notion de caractéristique temps-courant et choix du calibre en fonction de la section du câble :

Calcul de la puissance des appareils et choix du disjoncteur à l'aide des dispositions du PUE :

Le choix du disjoncteur doit être pris au sérieux, car la sécurité du système électrique de la maison en dépend. Malgré la multitude de paramètres d'entrée et les nuances de calcul, il faut se rappeler que la fonction de protection principale du disjoncteur concerne le câblage.

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