Chapitre G

La protection des circuits


Calcul du courant de court-circuit minimal présumé

De Guide de l'Installation Electrique

Si le dispositif de protection de la canalisation n'assure que la protection contre les courts-circuits, il est nécessaire de s'assurer que le plus petit courant de court-circuit possible (Icc mini) entraîne son fonctionnement.

Dans le cas général, dans les circuits BT, un seul disjoncteur assure la protection d'une canalisation pour toute valeur du courant,du seuil de réglage de sa protection Long retard (ou protection thermique) jusqu’à son pouvoir de court-circuit.

On peut cependant être amené dans certaines configurations de circuit, à séparer les fonctions de protection contre les surcharges et protection contre les courts-circuits et à les confier à 2 appareils distincts.

Exemples de telles configurations

Les Figures G40 à G42 indiquent certaines configurations où les fonctions de protection contre les surcharges et protection contre les courts-circuits sont confiées à deux appareils distincts.

Fig. G40 – Circuit protégé par fusible aM
Fig. G41 – Circuit protégé par disjoncteur sans thermique (Compact type MA)

Les départs moteurs sont les circuits qui sont le plus couramment commandés et protégés par des appareillages séparés.

Le cas de la Figure G42a constitue une dérogation aux règles de protection. Il est notamment utilisé dans le cas d'une distribution par canalisations préfabriquées, rails d’éclairage, etc.

Fig. G42a – Le disjoncteur D assure la protection de court-circuit jusqu'au récepteur

Variateur de vitesse

Le tableau de la Figure G42b permet de connaître les fonctions de protection remplies par le variateur, et si nécessaire de les compléter par des dispositifs extérieurs au variateur tels que disjoncteur, relais de surcharge, et DDR.

Fig. G42b – Protection à mettre en œuvre avec des variateurs de vitesse
Protection à assurer Protection généralement assurée par le variateur de vitesse Protection additionnelle, si elle n'est pas déjà fournit par le variateur de vitesse
Surcharge câble Oui Disjoncteurs/Relais thermique
Surcharge moteur Oui Disjoncteurs/Relais thermique
Court-circuit aval Oui
Surcharge variateur Oui
Surtension Oui
Sous-tension Oui
Coupure phase Oui
Court-circuit amont disjoncteur (déclenchement court-circuit)
Défaut interne disjoncteur (déclenchement court-circuit et surcharge)
Défaut terre aval (contact indirect) (autoprotection) DDR ≥ 300 mA
Défaut contact direct DDR ≤ 30 mA

Conditions à respecter

Il faut que le dispositif de protection vérifie :

  • Im < Iccmini pour une protection par disjoncteur,
  • Ia < Iscmini pour une protection par fusibles.

Le dispositif de protection contre les courts-circuits doit alors satisfaire aux deux conditions suivantes :

  • son pouvoir de coupure doit être supérieur au courant de court-circuit triphasé Icc en son point d’installation,
  • assurer l'élimination du courant minimum de court-circuit pouvant se développer dans le circuit protégé en un temps tc compatible avec les contraintes thermiques des conducteurs soit :

La comparaison des courbes de fonctionnement (ou de fusion) des dispositifs de protection contre les courts-circuits et des courbes limites de contrainte thermique d'un conducteur montre que cette condition est vérifiée si :

  • Icc (min) > Im (ou Isd) ou Ii (Im : seuil de la protection contre les courants de courts-circuits, Ii : seuil de la protection Instantané) (cf. Fig. G43),
  • Icc (mini) > Ia pour la protection par fusibles, la valeur de courant Ia correspondant au croisement des courbes de protection et de contrainte admissible du câble

(cf. Fig. G44 et G45).

Fig. G43 – Protection par disjoncteur
Fig. G44 – Protection par fusible aM
Fig. G45 – Protection par fusible gl

Détermination pratique de la longueur Lmax

La validation du réglage d’une protection contre les courts-circuits se résume à vérifier que la longueur du câble ainsi protégée est inférieure à :

La méthode pour calculer la longueur maximale de la canalisation autorisée est présentée aux pages Schéma TN - Protection contre les contacts indirects et Schéma IT - Protection contre les contacts indirects dans le cadre de la protection des personnes contre les contacts indirects en schéma TN ou IT 2ème défaut.

Deux cas sont étudiés ci-après :

1 - Calcul de Lmax dans le cas d'un circuit triphasé sans neutre

Le courant minimum de court-circuit sur ce circuit est généré par un défaut apparaissant entre deux phases à l’extrémité du circuit (court-circuit biphasé) (cf. Fig. G46).

Fig. G46 – Définition de L pour un circuit triphasé sans neutre

En utilisant la "méthode conventionnelle", la tension au point P où est installée la protection est supposée égale à 80% de la tension nominale pendant la durée du court-circuit, soit :

0,8 x U = Icc x Zd

  • Zd = Impédance de la boucle de défaut,
  • Icc = Courant de court-circuit,
  • U = tension nominale phase-phase.

Pour des câbles de section ≤ 120 mm2, on peut négliger leur réactance et écrire:

[1]

où :

  • ρ = résistivité du câble à la température moyenne de court-circuit,
  • Sph = section d'une phase en mm2,
  • L = longueur en m.

La condition pour que la protection du câble soit assurée Im (ou Isd) ≤ Isc avec Im (Isd) = seuil de la protection contre les courants de court-circuit du disjoncteur.

Cela conduit à soit L

Dans cette formule U et ρ sont des constantes pour des conducteurs de même nature (cuivre ou aluminium) dans un réseau triphasé de distribution standard soit avec U = 400 V

ρ = 1,25 x 0,018 = 0.023 Ω.mm2,/m[2] (Cu)

d’où

avec

Lmax = Longueur maximale en mètre (pour le calcul de Lmax, la valeur retenue est la valeur du seuil Im + 20%, cas le plus défavorable).

k est défini dans le tableau ci-après en fonction de la section[1] pour Sph > 120 mm².

Section (mm²) ≤ 120 150 185 240 300
k[a] (pour 400 V) 5800 5040 4830 4640 4460
  1. ^ k tient compte d'un seuil de déclenchement max égal à 1,2 x Im.

2 - Calcul de Lmax dans le cas d’un circuit triphasé avec neutre 400 V / 230 V (ou monophasé 230 V)

Le courant minimum de court-circuit d’un tel circuit est généré par un défaut apparaissant entre une phase et le neutre à l’extrémité du circuit (court-circuit monophasé). Son calcul est similaire au calcul précédent mais

  • soit en utilisant les formules précédentes avec k calculé pour un réseau 230 V soit
Section (mm²) ≤ 120 150 185 240 300
k (pour 230 V) 3333 2898 2777 2668 2565
  • en fonction de la section Sn du conducteur neutre Sn = mSph

D’où les formules de calcul de la longueur maximale (pour une section ≤ 120 mm²)

  • Si Sn (section du neutre) = Sph

  • Si Sn (section du neutre) = Sph/m

  où  

Utilisation de tableaux pour déterminer Lmax

Le tableau de la Figure G47 indique les longueurs maximales Lmax (en mètres) des canalisations :

  • triphasées avec neutre sous 400 V, ou,
  • monophasées sous 230 V,

    protégées par disjoncteurs à usage général.

Dans les autres cas, appliquer aux longueurs les coefficients du Tableau G51.

Le calcul de la longueur Lmax est réalisé pour la valeur maximale de la tolérance sur le réglage du seuil de déclenchement de la protection Court retard ou magnétique. En général, la valeur de seuil Im (ou Isd) est donnée avec une précision +/- 20 %.

Pour la section de 50 mm2, les calculs sont effectués avec une section réelle de 47,5 mm2.


Les tableaux des Figures G48 à G50 indiquent les longueurs maximales Lmax (en mètres) des canalisations :

  • triphasées avec neutre sous 400 V,
  • monophasées sous 230 V,

Ces canalisations sont protégées dans les deux cas par des disjoncteurs de type domestique ou ayant des caractéristiques de déclenchement similaires.

Dans les autres cas, appliquer aux longueurs les coefficients de la Figure G51.

Fig. G48 – Longueur maximale des canalisations (conducteurs en cuivre) en mètres, protégées par des disjoncteurs de type B
Courant assigné des disjoncteurs (en A) Section nominale des conducteurs (en mm2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
6 200 333 533 800
10 120 200 320 480 800
16 75 125 200 300 500 800
20 60 100 160 240 400 640
25 48 80 128 192 320 512 800
32 37 62 100 150 250 400 625 875
40 30 50 80 120 200 320 500 700
50 24 40 64 96 160 256 400 560 760
63 19 32 51 76 127 203 317 444 603
80 15 25 40 60 100 160 250 350 475
100 12 20 32 48 80 128 200 280 380
125 10 16 26 38 64 102 160 224 304


Fig. G49 – Longueur maximale des canalisations (conducteurs en cuivre) en mètres, protégées par des disjoncteurs de type C
Courant assigné des disjoncteurs (en A) Section nominale des conducteurs (en mm2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
6 100 167 267 400 667
10 60 100 160 240 400 640
16 37 62 100 150 250 400 625 875
20 30 50 80 120 200 320 500 700
25 24 40 64 96 160 256 400 560 760
32 18,0 31 50 75 125 200 313 438 594
40 15,0 25 40 60 100 160 250 350 475
50 12,0 20 32 48 80 128 200 280 380
63 9,5 16,0 26 38 64 102 159 222 302
80 7,5 12,5 20 30 50 80 125 175 238
100 6,0 10,0 16,0 24 40 64 100 140 190
125 5,0 8,0 13,0 19,0 32 51 80 112 152


Fig. G50 – Longueur maximale des canalisations (conducteurs en cuivre) en mètres, protégées par des disjoncteurs de type D
Courant assigné des disjoncteurs (en A) Section nominale des conducteurs (en mm2)
1,5 2,5 4 6 10 16 25 35 50
1 429 714
2 214 357 571 857
3 143 238 381 571 952
4 107 179 286 429 714
6 71 119 190 286 476 762
10 43 71 114 171 286 457 714
16 27 45 71 107 179 286 446 625 848
20 21 36 57 86 143 229 357 500 679
25 17,0 29 46 69 114 183 286 400 543
32 13,0 22 36 54 89 143 223 313 424
40 11,0 18,0 29 43 71 114 179 250 339
50 9,0 14,0 23 34 57 91 143 200 271
63 7,0 11,0 18,0 27 45 73 113 159 215
80 5,0 9,0 14,0 21 36 57 89 125 170
100 4,0 7,0 11,0 17,0 29 46 71 100 136
125 3,0 6,0 9,0 14,0 23 37 57 80 109


Fig. G51 – Facteur de correction à appliquer aux longueurs maximales des tableaux G47 à G50
Type de canalisation
Tri 400 V sans neutre ou bi 400 V sans neutre 1,73
Mono 230 V (phase + neutre) 1
Tri 400 V + neutre ou bi 400 V + neutre Sph / S neutre= 1 1
Sph / S neutre = 2 0,67

Note : La norme CEI 60898 définit une plage de réglage de la protection contre les courts-circuits de 10...50 In pour les disjoncteurs de type D. Les normes européennes, et le tableau de la Figure G50, sont basées sur une plage de 10...20 In, plage qui couvre la plupart des besoins des installations domestiques ou analogues (voir la figure Figure H31 Pouvoir assigné de coupure en court-circuit (Icu ou Icn) ).

Exemples

Exemple 1

Dans une application monophasée, la protection contre les courants de court-circuit est assurée par un disjoncteur Compact NSX 80H MA de calibre 50 A avec une protection magnétique réglée à 500 A (précision de +/- 20%) soit dans le cas le plus défavorable, le disjoncteur déclenche à 500 x 1,2 = 600 A.

La section des conducteurs est 10 mm², les conducteurs sont en cuivre.

En se reportant au tableau G47 (pour disjoncteur à usage général), on lit au croisement de la ligne Im = 500 A et de la colonne S = 10 mm2 la valeur de la longueur Lmax = 67 m. La protection de la canalisation contre les courants de court-circuit est assurée si sa longueur est inférieure à 67 mètres.

Exemple 2

Dans un réseau triphasé sans neutre 400 V, la protection contre les courants de court-circuit d’un départ est assurée par un Compact NSX 250N équipé d’un déclencheur MA de calibre 220 A avec une protection magnétique réglée à 2000 A (précision de +/- 20 %) soit dans le cas le plus défavorable, le disjoncteur déclenche à 2400 A.

La section des conducteurs est 120 mm2, les conducteurs sont en cuivre.

En se reportant au tableau G47 (pour disjoncteur à usage général), on lit au croisement de la ligne Im = 2 000 A et de la colonne S = 120 mm2 la valeur de la longueur Lmax = 200 m. Comme il s'agit d'un circuit triphasé sans neutre, on lit dans le tableau G51 qu'il faut appliquer le coefficient 1,73.

Le disjoncteur protège donc le câble contre les courts-circuits si sa longueur n'excède pas 200 x 1,73 = 346 m.

Notes

  1. ^ 1 et 2 Pour des sections supérieures la résistance des conducteurs doit être majorée pour tenir compte
    • de l’inductance mutuelle (la valeur de la réactance est 0,08 mΩ/m à 50 Hz, de 0,096 mΩ/m à 60 Hz),
    • de la non uniformité de la densité de courant due à l’effet de peau.
    De ce fait, les valeurs d’impédance corrigées sont :
    • 150 mm2 : Zd + 15%
    • 185 mm2 : Zd + 20%
    • 240 mm2 : Zd + 25%
    • 300 mm2 : Zd + 30%
  2. ^ la variation de la résistivité est importante (+ 25%) du fait de la très forte élévation de température de l’âme du conducteur pendant le passage du courant de court-circuit.
Les contenus spécifiques aux normes et réglementations françaises sont mis en évidence comme montré sur ce texte
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