Le plan de câblage indique 50 mm². Le calcul de chute de tension donne 3,8 %. La fiche du transformateur de courant (TC) indique 14 mm. Ces trois nombres décrivent des propriétés différentes du même conducteur ; un projet de suivi doit vérifier les trois.
Cet article traite de la conversion des calibres, de la résistance, de la chute de tension et du passage physique d'un capteur de courant autour du câble. La capacité de transport du courant, la protection et la tenue aux défauts relèvent des règles de câblage applicables au site (IEC 60364-5-52, BS 7671 ou NEC) et sortent du cadre de cet article.
Cinq grandeurs distinctes
« Taille du câble » peut désigner plusieurs choses :
| Grandeur | Définition | Source |
|---|---|---|
| AWG ou section nominale en mm² | Désignation normalisée du conducteur | Plan de câblage, marquage de la gaine |
| Diamètre équivalent d'un conducteur rond massif nu | Diamètre d'un cercle plein de section nominale, d = √(4A/π) | Calcul ou tableau AWG du NIST Handbook 100 |
| Résistance | Ω par km à une température donnée, généralement 20 °C | Fiche du câble ; IEC 60228 donne le maximum par section |
| Chute de tension | Tension perdue entre l'origine et la charge pour un courant et un facteur de puissance donnés | Calcul à partir de R et X de la fiche, de la longueur et de la charge |
| Diamètre extérieur du câble fini | Dimension par-dessus la gaine que le capteur doit entourer | Fiche du câble, puis mesure au pied à coulisse sur site |
Convertir AWG en mm²
American Wire Gauge est une série géométrique. Six calibres d'écart divisent le diamètre par deux ; trois calibres divisent approximativement la section par deux. Les tables de fils de cuivre du NIST donnent diamètres, sections et résistances. Le convertisseur AWG en mm² utilise cette géométrie et indique la section nominale IEC la plus proche.
Un conducteur 14 AWG a une section de 2,081 mm² et un diamètre nu de 1,628 mm :
Le 14 AWG équivaut-il à 2,5 mm² ?
Non. La section IEC la plus proche est 2,5 mm², mais le 14 AWG contient 17 % de cuivre en moins et présente environ 20 % de résistance en plus. La section 2,5 mm² est proche du 13 AWG (2,62 mm²), un calibre rarement disponible en stock. Pour remplacer un conducteur de 2,5 mm² par un calibre AWG au moins aussi grand, le plus petit choix est le 12 AWG (3,31 mm²). Les gros conducteurs américains sont exprimés en kcmil : 1 kcmil vaut 0,5067 mm², donc 250 kcmil valent 126,7 mm², entre les sections IEC de 120 et 150 mm².
IEC 60228:2023 définit une section nominale par sa résistance maximale à 20 °C, pas par une section mesurée. Un conducteur de cuivre nu de classe 1 ou 2, désigné 2,5 mm², ne doit pas dépasser 7,41 Ω/km. Une section réelle de 2,5 mm² en cuivre recuit (0,017241 Ω·mm²/m) donnerait 6,90 Ω/km. Un conducteur tout juste conforme à la limite se comporte donc comme environ 2,33 mm² de cuivre. Pour comparer des câbles de normes différentes, comparez leur résistance de fiche technique, et pas seulement la désignation de section.
Diamètre du conducteur et diamètre du câble
Peut-on calculer le diamètre extérieur du câble fini à partir de la section du conducteur ?
Non. Pour un conducteur rond massif, A = πd²/4 : une section de 95 mm² donne un diamètre nu équivalent de 11,0 mm. Le câble fini est bien plus gros. Le toronnage laisse des interstices ; l'isolant et la gaine ajoutent plusieurs millimètres. Nexans Australia indique 17,2 mm pour son câble unipolaire XLPE/PVC de 95 mm², 0,6/1 kV :
| Section nominale | Diamètre nu massif équivalent | Diamètre extérieur fini (Nexans XLPE/PVC unipolaire) |
|---|---|---|
| 16 mm² | 4,5 mm | 9,3 mm |
| 25 mm² | 5,6 mm | 10,5 mm |
| 35 mm² | 6,7 mm | 11,5 mm |
| 50 mm² | 8,0 mm | 12,9 mm |
| 70 mm² | 9,4 mm | 14,7 mm |
| 95 mm² | 11,0 mm | 17,2 mm |
| 120 mm² | 12,4 mm | 19,6 mm |
| 185 mm² | 15,3 mm | 23,5 mm |
| 240 mm² | 17,5 mm | 25,6 mm |
Ce tableau donne seulement un ordre de grandeur. Une armure, une gaine à faible émission de fumée, une tension nominale supérieure, un autre fabricant ou une construction multiconducteur changent le diamètre extérieur. Relevez la valeur sur la fiche du câble installé, puis mesurez-la.
Résistance du conducteur et température
La résistance en courant continu vaut R = ρL/A. La résistivité du cuivre recuit est de 0,017241 Ω·mm²/m à 20 °C ; le calculateur de résistance du conducteur utilise pour l'aluminium 61 % de la conductivité du cuivre. Précisez si la longueur concerne un seul conducteur ou toute la boucle aller-retour : cette dernière double la résistance.
La résistance augmente avec la température. Pour le cuivre, R_T = R_20 × (234.5 + T) / 254.5, soit environ 0,39 % par °C. Pour l'aluminium, les constantes sont 228 et 248, soit environ 0,40 % par °C. À sa limite de 70 °C, un conducteur isolé en PVC présente 1,20 fois sa résistance à 20 °C. À 90 °C, un conducteur XLPE atteint 1,28 fois cette résistance.
Sur 20 m de cuivre de 2,5 mm², la résistance de boucle aller-retour vaut 0,28 Ω à 20 °C et 0,33 Ω à 70 °C :
Utilisez la résistance de la fiche technique si elle est disponible. Le calculateur ne connaît ni l'alliage, ni la construction des brins, ni les tolérances. En courant alternatif à 50 Hz, la profondeur de peau dans le cuivre est d'environ 9,3 mm. L'effet de peau augmente quand le rayon du conducteur approche cette valeur, soit une section d'environ 270 mm². Pour les gros conducteurs, utilisez la résistance CA de la fiche, qui tient compte des effets de peau et de proximité.
Calculer la chute de tension
Le calculateur de chute de tension couvre le courant continu à deux fils, le courant alternatif monophasé et le courant alternatif triphasé équilibré. Pour un circuit triphasé équilibré, il applique la formule en régime établi du guide d'installation électrique de Schneider Electric :
ΔU = √3 × I × L × (R cos φ + X sin φ)
Prenons une charge de 100 A à facteur de puissance 0,8, alimentée sous 400 V par 100 m de câble de cuivre XLPE de 25 mm². IEC 60228 autorise 0,727 Ω/km à 20 °C, soit 0,927 Ω/km à 90 °C. Avec une réactance typique de câble basse tension de 0,08 Ω/km, la chute est de 13,68 V, soit 3,42 % :
Avec la résistance à 20 °C, le même calcul donne 10,90 V (2,73 %) : il sous-estime la chute d'environ un cinquième.
L'annexe G d'IEC 60364-5-52 (tableau informatif G.52.1) propose une chute maximale entre l'origine de l'installation et la charge. Pour une installation alimentée par le réseau public basse tension, les valeurs sont de 3 % pour l'éclairage et de 5 % pour les autres usages. Pour une installation dotée de son propre transformateur, elles sont de 6 % et 8 %. L'annexe 4 de BS 7671 reprend les quatre valeurs. L'exemple satisfait donc la limite d'un circuit de puissance mais pas celle de l'éclairage alimenté par le réseau public.
En doublant la longueur à 200 m, le câble de 25 mm² donne une chute de 6,84 %. Une section de 35 mm² donne 5,04 %, encore au-dessus de la limite ; 50 mm² donne 3,83 %. Le concepteur retient 50 mm² pour cette charge de 100 A, ce qui influe sur le choix du capteur de courant.
Le résultat de chute de tension suffit-il à choisir une section de câble sûre ?
Non. La chute de tension n'est qu'un contrôle de conception. Le câble doit aussi transporter le courant de calcul selon son mode de pose et permettre au dispositif de protection d'éliminer un défaut à temps. Ces vérifications relèvent des règles de câblage ; ce guide ne fournit aucun tableau d'intensité admissible.
Vérifier l'ouverture du TC par rapport au câble
Le câble de 50 mm² de l'exemple mesure 12,9 mm par-dessus sa gaine. Le ZEM-65 offre les capteurs de courant suivants :
- TC ouvrants de 120 A, ouverture de 14 mm, fils de 2 m ;
- bobines Rogowski de 300 A, longues de 25 cm, diamètre fermé d'environ 70 mm, fils de 3 m ;
- bobines Rogowski de 1 000 A et 3 000 A, diamètre fermé de 120 mm, fils de 2 m.
Chaque jeu de capteurs est étalonné avec son compteur avant expédition. L'outil de choix d'un transformateur de courant établit d'abord les critères généraux, avec une marge de pose de chaque côté. Un câble de 12,9 mm avec une marge choisie de 2 mm par côté exige une ouverture circulaire de 16,9 mm. Un capteur candidat de 120 A à ouverture de 14 mm couvre bien le courant maximal de 100 A, mais manque de place pour cette marge mécanique :
L'écart brut de diamètre n'est que de 1,1 mm, soit 0,55 mm de chaque côté si le câble rond est centré. La tolérance de la gaine, un câble ovale ou l'accès au fermoir peuvent rendre cette pose impraticable. La marge de 2 mm est ici un choix de planification illustratif, pas une règle universelle de distance électrique. Vérifiez le dessin du capteur et l'installation avant de fixer la marge.
Augmenter la section pour réduire la chute de tension peut donner un gros câble sur un circuit peu chargé. Un câble de 95 mm² mesurant 17,2 mm à l'extérieur ne passe pas dans une ouverture de 14 mm, même sous 60 A. La correspondance EpiSensor facultative de l'outil peut signaler une option publiée plus grande à étudier ; il reste à confirmer la compatibilité avec le compteur, la précision à faible courant, la fermeture de la bobine et l'accès de pose.
Comment vérifier la section du câble par rapport à l'ouverture du TC ?
Mesurez au pied à coulisse le diamètre extérieur là où le capteur sera posé. Évitez presse-étoupes, cosses et colliers ; si le câble est ovale, mesurez selon deux axes perpendiculaires. Relevez le courant maximal réel par phase avec une pince ampèremétrique, le tableau des charges ou un compteur existant. Le calibre du disjoncteur n'est qu'une limite supérieure ; s'y fier peut conduire à un capteur inutilement grand.
Cinq problèmes se rencontrent sur site :
- Un capteur entourant tout un câble multiconducteur mesure la somme des courants internes. Avec le neutre dans l'ouverture, cette somme est proche de zéro ; sans lui, le capteur lit le courant du neutre. Le symptôme est un courant de phase bien inférieur à celui mesuré à la pince sur une seule âme. Posez le capteur autour d'une seule âme, après le presse-étoupe où les âmes se séparent.
- Si une phase comporte plusieurs câbles en parallèle, faites passer tous les câbles de cette phase dans une même bobine, dans le même sens. Ne mesurez pas un seul câble pour multiplier ensuite par leur nombre : des câbles parallèles de longueurs ou dispositions différentes ne se partagent pas forcément le courant à parts égales.
- Pour une barre omnibus dans une ouverture circulaire rigide, l'ouverture doit laisser passer la diagonale de la section. Une barre de 40 × 10 mm exige 41,2 mm : une bobine Rogowski est nécessaire. Éloignez son fermoir des barres des phases voisines.
- Un capteur inversé ou une association de phases erronée peut donner une puissance négative par phase ou un facteur de puissance incompatible avec la charge. Vérifiez chaque phase en fonctionnement lors de la mise en service.
- Les TC ouvrants et bobines Rogowski se posent sans déconnecter le conducteur. Cela reste une intervention à proximité de conducteurs sous tension ; les règles de sécurité du site s'appliquent. En Grande-Bretagne, il s'agit du règlement 14 des Electricity at Work Regulations 1989. Mettez le circuit hors tension lorsque c'est possible.
Vérifiez aussi que les fils atteignent le ZEM sans rallonge ni courbure trop serrée et que le capteur est dégagé des autres phases et de l'enveloppe. Le guide de choix des transformateurs de courant traite du type de sortie, de la charge et de la sécurité du secondaire. Le guide des bobines Rogowski explique leur positionnement et l'erreur associée.
Démarche de projet
Conservez une fiche pour chaque circuit suivi :
- Relevez le circuit, la charge desservie et la désignation du câble sur le plan, avec son fabricant et son type.
- Relevez le courant maximal par phase par mesure ou sur le tableau des charges.
- Mesurez le diamètre extérieur ou la section de la barre omnibus au point de pose du capteur et prenez une photo si les règles du site le permettent.
- Utilisez l'outil de choix de l'ouverture et retenez l'option plus grande si le jeu est inférieur à 3 mm.
- À la mise en service, comparez chaque courant de phase à une pince ampèremétrique et vérifiez que puissance et facteur de puissance par phase correspondent à la charge.
Le guide de suivi des transformateurs et tableaux de distribution transforme cette fiche en plan de mesure ; la page du moniteur d'électricité ZEM répertorie ses capteurs. Si le plan de câblage ou la pose restent incertains, parlez à un ingénieur. Envoyez le courant par phase, les dimensions des conducteurs et des photos du tableau avant de commander.