Comment calculer la puissance, le courant et la tension : principes et exemples de calcul pour les conditions domestiques

Les propriétaires d'appartements, de maisons individuelles et d'autres bâtiments électrifiés se heurtent souvent à la difficulté de déterminer les valeurs des grandeurs électriques fondamentales. En effet, calculer la puissance à partir de l'intensité admissible et de la tension connue, ou résoudre le problème inverse, n'est pas une tâche aisée.

L'application directe de la loi d'Ohm bien connue, sans tenir compte des spécificités des réseaux et appareils domestiques, peut conduire à un résultat erroné.

Dans cet article, nous allons comprendre ce qu'est la puissance et vous expliquer comment calculer cet indicateur.

Notions fondamentales des grandeurs

Les calculs électrotechniques reposent sur des relations bien connues entre l'intensité du courant (I, Ampères), la tension (U, Volts), la puissance (P, Watts) et la résistance (R, Ohms). Les calculs pratiques nécessitent généralement la connaissance des valeurs des trois premières grandeurs.

Sachez que les expressions numériques des grandeurs énumérées ne suffisent pas – il faut des caractéristiques supplémentaires pour décrire le mode de consommation électrique.

Intensité du courant électrique

Le calcul de la section suffisante des conducteurs et du calibre du disjoncteur pour une branche spécifique du réseau électrique est effectué en fonction de la valeur maximale possible du courant pour cette section. Cela est nécessaire pour éviter une situation de surchauffe du câblage, qui conduit souvent à un incendie.

Les paramètres de fonctionnement des disjoncteurs et des DDR sont choisis selon les exigences normatives. Pour déterminer la section admissible des conducteurs en fonction du courant maximal possible, il est nécessaire d'utiliser le tableau fourni par le fabricant du produit, car les câbles sont le plus souvent fabriqués selon des spécifications techniques (TU) et non selon GOST.

Ayant le même marquage, les câbles fabriqués selon GOST (à gauche) et selon les TU (à droite) diffèrent tant visuellement que par leurs caractéristiques principales.

Puisqu'il est possible de calculer l'intensité du courant électrique à partir de la puissance consommée par les appareils et de la tension du réseau, il est nécessaire de déterminer correctement les valeurs de ces deux indicateurs.

Tension dans les réseaux domestiques

De nombreux propriétaires d'appartements estiment que la tension standard en phase pour les besoins domestiques est d'environ 220 V. Dans la plupart des cas, c'est effectivement le cas. Cependant, selon la norme GOST 29322-2014, depuis le 01/10/2015, la Fédération de Russie devait passer à un système de 230 V compatible avec les pays de la CEE.

Un écart de 5 % par rapport à la norme est toléré pour toute durée, et un écart de 10 % pour une période n'excédant pas 1 heure. Ainsi, selon les anciennes règles, la valeur de la tension peut fluctuer dans une plage de 198 à 242 V, et selon la norme GOST actuelle, de 207 à 253 V.

Il existe également des cas où la tension du réseau est nettement inférieure à la valeur normale pendant une longue période. Cette situation se produit lorsque la puissance totale des appareils électriques connectés à une branche est bien supérieure à celle prévue et que, lorsque la plupart d'entre eux sont allumés, il se produit “une chute de tension”.

Ce problème relève de la responsabilité des organismes chargés de la fourniture d'électricité et est lié à la surcharge des transformateurs de distribution, à l'usure des sous-stations ou à une section de câble insuffisante.

Une tension d'entrée réduite entraîne non seulement une modification du paramètre d'intensité du courant et un éventuel déclenchement de la protection, mais aussi une panne rapide des appareils électriques contenant des moteurs asynchrones ou une électronique complexe.

Pour connaître la valeur de la tension réelle, il convient d'effectuer périodiquement des mesures à l'aide d'un voltmètre. Si les relevés “fluctuent” fortement, il est nécessaire d'utiliser un stabilisateur ou un convertisseur plus coûteux avec une fonction de stockage d'énergie.

Nuances dans la notion de puissance des appareils électriques

Tous les appareils consommant de l'électricité ont un paramètre tel que la puissance. Plus cet indicateur est élevé, plus l'appareil prélève d'énergie sur le circuit.

Il existe trois types de puissance :

• Puissance active (P). Elle caractérise la vitesse de conversion de l'énergie électrique en une autre forme, par exemple électromagnétique ou thermique. Elle doit être prise en compte lors du calcul des pertes irréversibles d'énergie électrique, et donc du coût de fonctionnement de l'appareil. L'unité de mesure est le W.
• Puissance réactive (Q). Elle caractérise l'énergie qui provient de la source (transformateur) vers les éléments réactifs du consommateur (condensateurs, enroulements du moteur), mais qui est ensuite presque instantanément renvoyée à la source. L'unité de mesure est le W ou le var (abréviation de volt-ampère réactif).
• Puissance apparente (S). Elle caractérise la charge que le consommateur impose sur les éléments du circuit. Elle est utilisée pour calculer la section du câble et choisir le calibre des disjoncteurs, c'est-à-dire que le calcul de l'intensité du courant se fait à partir de la puissance apparente de tous les appareils électriques connectés au circuit. L'unité de mesure est le W ou le V*A (V*A – volt-ampères).

Tous ces paramètres peuvent être recalculés via l'angle de déphasage qui apparaît entre le vecteur de tension et le courant (f) :

P = S * cos(f);

Q = S * sin(f);

S² = P² + Q².

Parmi les appareils domestiques dont la puissance apparente peut dépasser largement la puissance active, on trouve les réfrigérateurs, les machines à laver, les lampes fluorescentes et certaines lampes à économie d'énergie, ainsi que les blocs d'alimentation électronique.

Sur les moteurs, on indique généralement la puissance active et le facteur de puissance. Dans ce cas, la puissance apparente se calcule comme suit : S = P / cos(f) = 750 / 0.78 = 962 W

Il existe également la notion de puissance de pointe ou de démarrage. En effet, pour accélérer les moteurs, il faut beaucoup plus d'efforts que pour maintenir leur rotation. Par conséquent, lors de la mise en marche d'appareils tels que le réfrigérateur ou le lave-linge, une brève augmentation de la charge se produit dans le circuit.

Les courants de démarrage peuvent être plusieurs fois supérieurs aux courants de fonctionnement. Lors du calcul de la section des câbles nécessaire et du choix du calibre du disjoncteur, il convient d'en tenir compte.

Pour ce faire, il faut déterminer l'appareil ayant la plus grande différence entre sa puissance de démarrage et sa puissance de fonctionnement et ajouter cette différence à la valeur totale. Les courants de démarrage des autres appareils peuvent être ignorés, car la probabilité que différents consommateurs enclenchent leurs moteurs simultanément est quasiment nulle.

Relations entre grandeurs de ligne et de phase

Actuellement, la pratique consistant à raccorder les installations domestiques aux réseaux électriques triphasés s'est répandue.

Cela se justifie pour les raisons suivantes :

• Consommation électrique importante. Dans ce cas, l'alimentation par un réseau monophasé de forte puissance serait très irrationnelle en raison de la grande section de câble et de la forte consommation de matériaux du transformateur.
• Présence d'appareils fonctionnant sur trois phases. La réalisation du schéma de raccordement d'un tel appareil à un circuit monophasé n'est pas très simple et comporte des perturbations qui surviennent, par exemple, lors du démarrage d'un moteur asynchrone.

Il existe deux modes de raccordement des appareils triphasés – “étoile” et “triangle”.

Schémas de principe du transport de l'électricité sur trois phases. Les noms “étoile” et “triangle” leur ont été donnés en raison de leur ressemblance géométrique avec ces objets.

Dans les circuits de type “étoile”, les courants de ligne et de phase sont identiques, et la tension de ligne est 1,73 fois supérieure à la tension de phase :

I_l = I_p;

U_l = 1.73 * U_p.

Cette formule explique les relations de tension bien connues pour les réseaux domestiques et industriels basse tension à 50 Hz : 220 / 380 V (selon la nouvelle norme GOST : 230 / 400 V).

Dans un couplage en triangle, au contraire, la tension est identique, mais les courants de ligne sont supérieurs aux courants de phase :

I_l = 1.73 * I_p;

U_l = U_p.

Ces formules ne peuvent être appliquées qu'en cas de charge symétrique des phases. Si la consommation de courant par câble diffère (récepteur asymétrique), les calculs sont effectués en utilisant les règles de l'algèbre vectorielle, et le courant d'équilibrage résultant est compensé par le fil neutre. Cependant, pour les réseaux avec des appareils ménagers connectés, ces cas sont rares.

Corrélation des grandeurs fondamentales

La tâche la plus courante à laquelle sont confrontés les consommateurs ordinaires consiste à calculer l'intensité du courant réellement en service. Alors, comment calculer correctement l'ampérage à partir des valeurs connues de tension et de puissance ? Il est nécessaire de résoudre ce problème lors de la justification des valeurs de section des conducteurs et du calibre du disjoncteur, en disposant des informations techniques sur les appareils qui seront alimentés dans ce circuit.

Après avoir calculé le courant, on choisit souvent des câbles ayant la plus petite section admissible. Cependant, cela n'est pas toujours correct, car une telle décision entraîne des limitations importantes lorsqu'il est nécessaire d'ajouter de nouveaux appareils électriques au réseau.

Il est parfois nécessaire d'effectuer des calculs inverses et de déterminer quelle puissance totale peut être connectée aux appareils sous une tension connue et un courant maximum admissible, limité par le câblage existant.

Ces deux problèmes peuvent être résolus pour un circuit monophasé à l'aide d'une formule simple :

I = S / U;

S = U * I,

où S est la puissance apparente totale de tous les consommateurs électriques.

Un diagramme circulaire reflétant la loi d'Ohm et exprimant la dépendance de la puissance, du courant, de la tension et de la résistance convient pour calculer les paramètres d'un circuit monophasé.

Pour résoudre le problème du calcul du courant à partir des valeurs connues ou calculées de puissance et de tension dans un circuit triphasé, il faut connaître la charge totale appliquée à chaque phase.

Et la section des conducteurs du câble nécessaire ainsi que le calibre minimum admissible du disjoncteur sont sélectionnés en fonction de la ligne la plus chargée, en considérant que :

S = 3 * max{S₁, S₂, S₃}.

I = S / (U * 1.73).

La puissance admissible pour chaque phase peut être calculée à l'aide de la formule suivante :

S_1,2,3 < S / 3 = I * U / 1.73,

où I est l'intensité de courant maximale admissible pour le câblage existant.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Calcul du courant en fonction de la puissance pour le choix de la section du câble :

Détermination de la puissance consommée par des groupes d'appareils électriques sur l'exemple d'une maison individuelle :

Le calcul du courant pour déterminer les paramètres du câblage ou la détermination de la puissance admissible dans un circuit existant peut être effectué indépendamment. Pour résoudre correctement le problème posé, il est nécessaire de prendre en compte les nuances qui se présentent en pratique, et pas seulement d'utiliser des formules connues qui fonctionnent dans des conditions « idéales ».

Si vous avez des questions sur le sujet de l'article ou si vous pouvez compléter ce matériel avec des informations intéressantes, veuillez laisser vos commentaires dans le bloc situé ci-dessous.