rôle de la  température dans le dimensionnement des canalisations  

 

Dans les canalisations la température joue un rôle majeur lors du dimensionnement.

 

Les isolations des fils ont tous une température

  • minimum d'emploi (température ambiante)
  • minimum lors de la pose
  • maximum lors de la pose
  • maximum en service permanent
  • maximum sur une  courte durée (1 heure de surchauffe)
  • maximum  sur une très courte durée. (moins de 5 seconde généralement) - en cas de court-circuit

Par effet Joule, les conducteurs  chauffent. Leur température dépend des déperditions de chaleur durent à la nature de leur isolation, leur modes de pose et la température ambiante et du courant qui les traverse. Leur température de fonctionnement fait également varier leur résistivité.

 

 

Les températures d'emploi dépendent des différents types de matériaux utilisé comme isolant :

Type d'isolation Température maximale de fonctionnement
Polychlorure de vinyle (PVC) 70 °C au conducteur
Polyéthylène réticulé (VPR) et éthylène-propylène (EPR) 90 °C au conducteur
Minéral (avec gaine en PVC ou nu et accessible) 70 °C à la gaine métallique
Minéral (nu et inaccessible et non en contact avec des matériaux combustibles) 105 °C à la gaine métallique

 

 

Rôle de du courant dans la canalisation :

 

 

Le courant admissible dans un conducteur dépend directement du mode de pose.

Sur le graphique ci-dessous on observe pour le même modes de pose la température atteinte par une canalisation triphasée en fils isolée au PVC traversée par un courant permanent d'une valeur comprise entre 2,5 A et 47,5 A.

 

TB1I.GIF (21380 octets)

 

On constate que les valeurs indiquées sur le graphique à 70 °C correspondent à celle du courant admissible pour chacune de ces sections dans ce mode de pose.

 

On admet que les disjoncteurs de canalisation doivent interrompre une surcharge de 1,45 fois l'intensité nominale en 1 heure. On constate que cela correspond à une température maximale d'environs 88°C.

 

 

Ci-contre le même graphique que pour ci-dessus mais pour des canalisations monophasées.

 

Le nombre de conducteurs subissant l'effet Joule étant de 2 en monophasé contre 3 en triphasé (équilibré sinusoïdal) la production de chaleur sera moindre et donc le courant admissible augmente

TB1mono(I).GIF (16147 octets)

 

Rôle du modes de pose :

Le graphique ci-dessous représente pour différentes méthodes de référence (dont un exemple de modes de pose est indiqué)   et pour une canalisation en 4 mm2  la température atteinte par la canalisation   traversée par un courant permanent d'une valeur comprise entre 2,5 A et 47,5 A.

 

 

On voit que les modes de pose de canalisation dans des isolations thermiques dissipe moins de chaleur et donc la température est plus importante pour un même courant et en conséquence le courant admissible doit être plus bas.

 

Par analogie une canalisation monophasée apparente au plafond dissipe mieux la chaleur et donc voit son courant admissible augmenter.

TmdpI.GIF (19351 octets)

 

 

Rôle de la température ambiante

Ci-dessous on trouve une représentation  de la variation de la température d'une canalisation en  4 mm2  isolée au PVC (monophasée B (B1) ou triphasée 0,95B (B1)) en fonction de la température ambiante.

 

 

On constate que si la température ambiante est plus basse  que 30 °C alors au courant admissible de cette canalisation dans les tabelles, la température de canalisation sera inférieur ( par exemple seulement environs 55 °C  pour une température ambiante de 10 °C)  et au contraire que si la température ambiante est plus haute, celle de la canalisation le sera aussi ( par exemple 98 °C pour une température ambiante de 50 °C.

Lors de dimensionnement d'une canalisation, il faut impérativement prendre en considération ce phénomène. Pour cela la norme propose d'appliquer des facteurs des correction du courant admissible en fonction des températures ambiantes et de la nature des isolants

Tambia(I).GIF (10723 octets)

 

Facteurs de correction pour des températures ambiantes différentes de 30 °C à appliquer aux valeurs de courants admissibles
Facteurs de correction pour des températures du sol différentes de 20 °C (méthode de référence D)

Température ambiante

°C

Isolation
PVC PR et EPR

Gaine en PVC câble nu et accessible
70 °C

Câble nu et
inaccessible
105°C

 élastomère (caoutchouc)

A ou HO5R
A ou HO7R

  

Température ambiante
°C

 PVC XLPE, PR et EPR

10

1,22

1,15

1,26

1,14

 1,29

10

 1,10 1,07

15

1,17

1,12

1,20

1,11

 1,22

15

 1,05 1,04

20

1,12

1,08

1,14

1,07

 1,15

20

 1 1

25

1,06

1,04

1,07

1,04

 1,07

25

 0,95 0,96

30

1

1

1

1

1

30

 0,89 0,93

35

0,94

0,96

0,93

0,96

 0,93

35

 0,84 0,89

40

0,87

0,91

0,85

0,92

 0,82

40

 0,77 0,85

45

0,79

0,87

0,76

0,88

 0,71

45

 0,71 0,80

50

0,71

0,82

0,67

0,84

 0,58

50

 0,63 0,76

55

0,61

0,76

0,57

0,80

  

55

 0,55 0,71

60

0,50

0,71

0,45

0,75

  

60

 0,45 0,65

65

–

0,65

–

0,70

  

65

 - 0,60

70

–

0,58

–

0,65

70

 - 0,53

75

–

0,50

–

0,60

75

 - 0,46

80

–

0,41

–

0,54

80

 - 0,38

85

–

–

–

0,47

85

 - -

90

–

–

–

0,40

90

 - -

95

–

–

–

0,32

95

 

 

 

variation de la résistivité

La résistivité varie avec la température  selon la relation suivante :

R2 = R1 (1 + aDT)

Sur le graphique ci-contre on voit la variation de la résistivité selon le mode de pose ( en rose : méthode de référence B triphasée et en jaune la même méthode de référence en monophasé) - le courant est indiqué en abscisse et la résistivité en ordonnée.

Selon les sources, la résistivité du cuivre électrolytique est donnée entre  0,0175 et 0,022 [Wmm2/m] selon si l'auteur prend la valeur à 15 ou à 70 degrés.  Peut importe la valeur prise, dans les calculs, c'est de toute façon un peu faut puisque les câbles sont rarement à 15 ou 70 degrés. Il faut juste savoir si on fait des calculs précis comme par exemple lors du calcul de la section économique, de la température de référence de la résistivité afin de corriger au mieux sa valeur et donc son influence sur les pertes.

 

resistivite(I).GIF (5470 octets)

Calcul de la résistance finale lors d'une variation de la température :

Rinitial =  [W]             Tfinale : [°C]           coefficient de température :  [1/K]

Rfinale  = [W]

 

 

 

température maximum admissible.

 

Les isolations des câbles ont une température maximum par exemple :

  • H07V-U(   fil T ) 160 °C
  • N1VV (câble TT ) 150 °C
  • H07Z  250 °C

En cas de court-circuit le courant étant à sa valeur maximale,il est indispensable de mesurer le courant de court-circuit minimum (à l'endroit électriquement le plus éloigné, généralement la dernière prise ou le récepteur) et de vérifier que le coupe-surintensité coupe non seulement assez rapidement pour assurer la protection des personnes mais également avant que la canalisation n'atteigne sa température limite.

Pour cela il faut consulter les les courbes de fusion des disjoncteurs (B, C, D) ou des fusibles. Le courant à prendre en considération n'est pas la valeur mesurée car en cas de court-circuit les fils subissent un échauffement qui engendre une augmentation de la résistance de la ligne et donc une diminution du courant de court-circuit. Les méthodes d'approximation de la valeur réelle peuvent dépendre d'une norme à l'autre.  Il arrivent fréquemment que la méthode proposé corresponde à prendre les 75 % de la valeur mesurée.

 

Le calcul  à faire pour connaître le temps qu'il faut à la canalisation    pour atteindre sa température maximale est :

 

t = (k * A / Ikmin)2

A représente la section des conducteurs en mm2 ;
le k dépend de la nature des isolants et vaut

   âme en Cu      âme  en Al  
les câbles isolé au PVC 115 74
câbles isolé au Caoutchouc, au butyle, au polyéthylène réticulé ou à l'éthylène propylène 135 115

note :

  • on utilise I kmin car c'est le cas le plus défavorable. Si le courant de court-circuit augmente le temps qu'il lui faut pour atteindre sa température maximale admissible diminue moins vite que n'augmente le temps de réaction du coupe-surintensité.
  • Généralement si une canalisation ne présente aucun risque de surcharge, on peut alors dimensionner la ligne d'après le courant nominal de l'appareil raccordé et choisir un coupe-surintensité avec comme seule caractéristique de devoir couper suffisamment rapidement en cas de tension de défaut supérieure à 50 V et avant que la ligne n'atteigne sa température limite. Cette manière de faire est méconnue et pratiquement pas utilisée.

 

 

 

dsdem.gif (1088 octets)