Cours electricite lycee : les cables electriques
La section des câbles électriques
Perte par effet Joule
Problème
Les câbles électriques sont généralement en cuivre, un métal considéré comme un excellent conducteur. Ce constat est a priori vrai sur les courtes distances, mais dès que la longueur devient importante, la perte par effet Joule (échauffement) n’est pas négligeable surtout pour de fortes intensités.
Un peu de physique :
| éléments | résistivité (n?.m) |
| Ag Cu Au Al Fe Ni Sn | 16 18 22 30 104 130 142 |
Une des caractéristiques électriques d’un métal est sa résistivité exprimée en ohm-mètre (?.m).
Les meilleurs conducteurs électriques sont l'argent, le cuivre, l'or et l'aluminium, par contre l'air est un bon isolant, sa résistivité est d'environ 3.109 ?.m.
La résistance R d'un conducteur (aptitude à s'opposer à la conduction) est donnée par la formule R = ? L / s où ? représente la résistivité, L la longueur et s la section.
Donc, lorsque la longueur augmente, la résistance augmente et pour une intensité I donnée, la perte par échauffement (P = R I2) augmente et si la chaleur dégagée est trop importante, le fil peut fondre.
Solution
La solution est d'augmenter la section s.
ATTENTION : Les pertes par effet Joule proviennent d'une résistance trop grande d'un conducteur qui peut être due à une longueur trop importante (cas décrit ci-dessus) mais aussi à un mauvais contact au niveau d'une borne de raccordement. Autrefois les épissures étaient responsables de nombreux incendies.
L'échauffement peut être minimisé en diminuant l'intensité du courant par l'augmentation de la tension de service, c'est une des raisons qui ont poussé au passage de 110 V à 220 V.
En très basse tension, les fortes puissances consommées se traduisent par des courants très importants d'où la nécessité d'avoir des sections importantes comme dans le domaine automobile ou le modélisme ferroviaire.
À l'inverse, la soudure à l'arc exploite ce phénomène d'échauffement local
(modèle professionnel : 48 volts à vide, plage de réglage 60 à 250 ampères).
Normes domestiques
Pour éviter le problème d’échauffement des conducteurs et de surcharge, des normes de sécurité ont été mises en place.
Extrait de la norme NF C15-100 sur la section des conducteurs, calibres des protections.
| section * (mm2) | protection | ||
| disjoncteur | fusible | ||
| 1,5 | prise de courant 16 A (1) prise commandée (2) VMC1 éclairage (3) convecteur 2250 W (7) | 16 A1 16 A1 2 A1 16 A1 10 A1 | interdit1 10 A1interdit1 10 A1 10 A1 |
| 2,5 | prise de courant 16 A (4) prise ou circuit spécialisé (5) plaque de cuisson (triphasé) (6) four (6) chauffe-eau (6) convecteur 4500 W (7) | 20 A1 20 A1 20 A1 20 A1 20 A1 20 A1 | 16 A1 16 A1 16 A1 16 A1 16 A1 16 A1 |
| 4 | convecteur 5750 W (7) | 25 A1 | 20 A1 |
| 6 | plaque de cuisson (monophasé) (6) convecteur 7250 W (7) | 32 A1 32 A1 | 32 A1 25 A1 |
(*) Il s’agit ici de conducteur rigide et non souple multibrin.
1 - circuit composé au maximum de 5 socles
2 - un interrupteur de commande pour 2 prises maxi situées dans la même pièce
3 - 8 points d'éclairage maxi par circuit
4 - circuit composé au maximum de 8 socles
5 - 1 circuit par gros appareil
6 - boîte de connexion ou socle de prise de courant
7 - nombre d’appareils limité par la somme des puissances
___________________
Une règle ancienne préconisait de ne pas dépasser 10 ampères par millimètre carré de section.
Longueur admissible d'un conducteur
Le tableau suivant est valable pour un courant monophasé sous 220 V en prenant un coefficient cos ? = 1 (kW = kVA, appareils résistifs) pour une ligne en cuivre en s’autorisant une chute de tension de 3% maximum.
P signifie puissance consommée en kilowatt (kW) et I, intensité du courant correspondant en ampères (A).
Les distances admissibles sont en mètres.
Ces informations proviennent d’une documentation de la société Câblerie Daumesnil.
| section(mm2) | ||||||||||||||
| P(kW) | I(A) | 1,5 | 2,5 | 4 | 6 | 10 | 16 | 25 | 35 | 50 | 70 | 95 | 120 | 150 |
| 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 | 2,3 4,6 6,8 9,1 11,4 13,6 16 18 20 23 27 32 36 41 45 55 64 73 82 91 114 136 159 182 205 227 | 100 60 33 25 20 17 14 | 165 84 57 43 34 29 24 21 19 | 265 135 90 68 54 45 39 34 30 27 23 | 395 200 130 100 80 66 56 49 44 39 32 28 | 335 225 170 135 110 95 84 75 68 56 48 42 38 34 | 530 355 285 210 180 155 135 120 105 90 76 67 60 54 45 32 | 565 430 340 285 245 210 190 170 140 120 105 94 84 70 60 53 47 | 595 470 395 335 295 260 235 195 170 145 130 120 93 84 74 65 59 | 630 520 450 395 350 315 260 225 195 175 155 130 110 99 88 79 64 | 580 515 460 385 330 290 255 230 190 165 145 125 115 95 77 | 630 530 460 400 355 320 265 230 200 175 160 130 105 90 80 | 570 500 440 400 330 285 250 220 200 160 135 115 100 89 | 620 550 495 410 350 305 270 245 195 165 140 125 110 98 |
Comment utiliser ce tableau par l’exemple
Question : Vous avez souscrit auprès d’EDF un contrat de 12 kW et votre compteur a été placé en bordure de votre terrain alors que votre pavillon est situé 60 m plus loin. Vous devez donc tirer une ligne, mais de quelle section ?
Réponse : Une section de 25 mm2 autorise pour 12 kW une longueur de 70 m, donc 25 mm2Question : Est-ce judicieux ?
Réponse : Non
Question : Pourquoi ?
Réponse : Si vous envisagez ultérieurement d’augmenter le calibre de votre compteur à 18 kW, la longueur ne doit alors pas dépasser 47 m pour une section de 25 mm2 ; une section de 35 mm2, vous aurait permis d’atteindre vos 60 m sans échauffement.
La bonne réponse est 35 mm2.
Désignation des câbles
Pays métriques
Les pays utilisant le système métrique désignent les câbles électriques par leur section exprimée en millimètres carrés (mm2). La norme IEC 60228 définit les tailles standards des conducteurs dans les câbles électriques.
États-Unis
Les américains utilisent le système AWG, signifiant American Wire Gauge (gabarit, calibre de fils).
Ce système, appelé aussi parfois Brown and Sharpe Wire Gauge du nom de ses inventeurs, a été adopté en 1857. Il est aujourd’hui défini au sein de la norme ASTM B 258-02.
Un câble xxx AWG signifie que xxx est une valeur liée à l’inverse du diamètre. Plus la valeur est grande, plus le diamètre du fil est petit.
Explication :
Brown disposait de 2 fils de diamètres différents, l’un de 0,005 inch (5 mils ou 0,127 mm) et l’autre de 0,46 inch (11,7 mm), pour créer une gamme de 40 valeurs soit 39 intervalles. Il nomme 0000 AWG, le fil de 0,46” et 36 AWG, le fil de 0,005” ; les valeurs intermédiaires sont nommées 000, 00, 0, 1, 2 35 AWG. (0000 AWG peut aussi s’écrire 4/0 AWG). Il créa une progression géométrique de pas n telle que :
0,46
AWG ?1= AWG × n avec n=39 =1,1229322
0,005
Dans le tableau ci-dessous, sont récapitulées les diamètres d des câbles en millimètres en fonction de l’AWG et les sections correspondantes S selon la formule S = ? d2/4 avec ? = 3,14159
| diamètre | section | diamètre | section | ||||
| AWG | inch | mm | mm2 | AWG | inch | mm | mm2 |
| 0000 000 00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 | 0,4600 0,4096 0,3648 0,3249 0,2893 0,2576 0,2294 0,2043 0,1819 0,1620 0,1443 0,1285 0,1144 0,1019 0,0907 0,0808 0,0720 0,0641 0,0571 0,0508 0,0453 0,0403 | 11,684 10,405 9,266 8,251 7,348 6,544 5,827 5,189 4,621 4,115 3,665 3,264 2,906 2,588 2,305 2,053 1,828 1,628 1,45 1,291 1,15 1,024 | 107 85,0 67,4 53,5 42,4 33,6 26,7 21,1 16,8 13,3 10,5 8,37 6,63 5,26 4,17 3,31 2,62 2,08 1,65 1,31 1,04 0,823 | 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 24 35 36 37 38 39 40 | 0,0359 0,0320 0,0285 0,0254 0,0226 0,0201 0,0179 0,0159 0,0142 0,0126 0,0113 0,0100 0,0089 0,0080 0,0071 0,0063 0,0056 0,0050 0,0045 0,0040 0,0035 0,0031 | 0,912 0,812 0,723 0,644 0,573 0,511 0,455 0,405 0,361 0,321 0,286 0,255 0,227 0,202 0,18 0,16 0,143 0,127 0,113 0,101 0,0897 0,0799 | 0,653 0,518 0,411 0,326 0,258 0,205 0,162 0,129 0,102 0,0810 0,0642 0,0510 0,0404 0,0320 0,0254 0,0201 0,0160 0,0127 0,0100 0,00797 0,00632 0,00501 |
Il existe des valeurs inférieures à 4/0 et supérieures à 40.
Conversion :
Le passage du système AWG à la valeur métrique est défini par la formule ci-dessous où d et AWG sont les diamètres correspondants.
Pour les fortes sections, prendre AWG = 3 pour 4/0 AWG, AWG = 2 pour 3/0 AWG, AWG = 1 pour 2/0 AWG et AWG = 0 pour 1/0 AWG.
11,684
dmm = AWG+3
1,122932
Remarques :
1 - Le passage de la valeur AWG n à (n+6) entraîne une division du diamètre par 2.
dnAWG= 2 d(n+6) AWGex : d15 AWG = 1,45 mm d21 AWG = 0,723 mm
2 - Le passage de la valeur AWG n à (n+3) entraîne une division de la section par 2.
SnAWG= 2 S(n+3)AWGex : S14 AWG = 2,08 mm2
S21 AWG = 1,04 mm2
Il existe des similitudes avec l’échelle d’affaiblissement ou d’amplification de signaux en décibels ; 3 dB correspondant à un doublement du niveau de signal.
exemple d’utilisation :
Les câbles ethernet catégorie 5e utilisent des fils monobrins de 24 AWG ou multibrins 26 AWG alors que le catégorie 6 utilise du monobrin SFTP (double blindage) 23 AWG ou UTP (non blindé) 24 AWG.
__________________________
Les britanniques possédaient également un système de mesure pour désigner les tailles des fils appelé SWG ou Standard Wire Gauge défini de manière identique mais sur 57 valeurs comprises entre 0,5” et 0,001”
__________________________ Autre système :
| mm | mm2 | |
| 5 6 8 10 | 0,5 0,6 0,8 1,0 | 0,2 0,28 0,5 0,8 |
Les américains utilisent également une Metric Gauge désignant les fils électriques par leur diamètre en dixièmes de millimètres.
Un peu d’histoire
En 1833, les horlogers David Brown et son fils Joseph R. Brown fondent un atelier de confection d’instruments scientifiques à Pawtucket près de Providence (Rhode Island).
En 1853, l’apprenti, Lucian Sharpe devient associé, mais pour réaliser les ressorts d’horloge, il leur manque un système de mesure pour les fils métalliques. Les seuls outils à leur disposition sont réalisés par des constructeurs anglais et manquent de qualité comme de précision.
En 1856, Sharpe propose une standardisation dans la production des fils ; leurs tailles suivraient une progression géométrique régulière. Il réalise des gabarits faits de disques en acier munis d'encoches correspondant aux différentes tailles de fil et lors d’un congrès de fabricants de laiton du Connecticut à Naugatuck Valley, Sharpe
présente ses gabarits dont le coût est faible, ce fut un grand - gabarit de Sharpe et son certificat- succès. L'Association Brass Waterbury adopte ce système ainsi que huit des plus grands fabricants américains en février 1857.
Il existe des gabarits pour câbles monobrins et pour multibrins car la section totale d’un conducteur multibrin est plus grande que celle d’un monobrin à résistance mécanique égale du fait de la présence des interstices entre les brins.
Le gabarit Brown & Sharpe sera adopté comme American Wire Gauge et deviendra une norme au 20e siècle.
Contexte historique : En 1854, le français Charles Bourseul (1829-1912) suggéra de transmettre la parole électriquement, il avait décrit le principe qui ne sera réalisé qu’en 1876 par A. G. Bell. Dans les années qui suivirent, la fabrication de câbles télégraphiques s’intensifia jusqu’à la réalisation des câbles destinés aux liaisons transatlantiques. __________________________
Brown & Sharpe est aujourd'hui une division de Hexagon Metrology, Inc, une société multinationale axée sur les outils de métrologie et de la technologie. Depuis deux siècles, Brown & Sharpe est un acteur influent dans l'industrie de la machine-outil, son nom est synonyme de certaines normes industrielles. Elle a introduit la “métrologie” dans l’industrie. On lui doit entre autres le pied à coulisse moderne avec lecture au millième de pouce (1851), un système de fabrication de pignons (1872)
Nomenclature des câbles électriques
Le Comité Européen de Normalisation de l’Électrotechnique (CENELEC) a établi une nomenclature pour la normalisation des câbles sous la forme naXXb-c
- n : nombre de conducteurs
- XX indique la tension nominale maximale en volts entre phase et terre, et entre phases
00 : 100/100
01 : 100/100 et 300/300
03 : 300/300
05 : 300/500
07 : 450/750
1 : 600/1000
- b : nature de l’isolant
R : caoutchouc
V : PVC
S : caoutchouc silicone
X : polyéthylène réticulé (PR)
- c : nature de l’âme U : rigide en cuivre
K : souple en cuivre
R : multibrin rigide en cuivre
2
| H07V-R 1G25-V/J : fil de terre multibrin rigide isolant PVC vert/jaune section 25 mm 450/750 V | |
| 3H07V-R 6 : câble de 3 conducteurs cuivre multibrins rigides isolant PVC section 6 mm2 450/750 V |
@ consulter
- NF C 15-100 12/2002: Installations électriques à basse tension (document Hager)
- ASTM B 258-02 : Standard Specification for Standard Nominal Diameters and …
- IEC 60228 : Ames des câbles isolés
- Nomenclature des câbles (format flash) - Lycée G. Apollinaire de Nice
- Les installations électriques domestiques - Lycée G. Apollinaire de Nice
- AV INFO : le câblage (en anglais) ?http&&&
- Les câbleries du Sénégal ?rubrique2
- Brown & Sharpe
- CABLERIE DAUMESNIL
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Cette page est extraite d'un site concernant les unités de mesure dont l'adresse est :
© Thomasset - 02/2010