Le dimensionnement précis d’un tableau électrique triphasé est une étape critique pour assurer la sûreté et l’efficacité de toute installation alimentée de cette manière. Une erreur de calcul, qu’il s’agisse d’un sous-dimensionnement ou d’un sur-dimensionnement, peut avoir des conséquences graves, allant de la simple disjonction intempestive à des risques majeurs d’incendie. Il est donc primordial de maîtriser les différentes étapes du processus de dimensionnement, conformément aux normes en vigueur.
Que vous soyez un électricien qualifié, un bricoleur averti ou un étudiant en électrotechnique, vous trouverez ici les informations indispensables pour mener à bien votre projet en toute sécurité et dans le respect des réglementations.
Introduction au dimensionnement des tableaux électriques triphasés
Le dimensionnement d’un tableau électrique triphasé est une étape fondamentale dans la conception et la mise en œuvre d’une installation d’alimentation électrique. Un tableau électrique sous-dimensionné ne pourra pas supporter la charge électrique requise, entraînant des disjonctions répétées et des situations potentiellement dangereuses. À l’inverse, un tableau électrique sur-dimensionné constitue un investissement superflu et peut compliquer la maintenance de l’installation. Pour bien appréhender ces enjeux, il est indispensable de définir le concept du triphasé et d’expliciter pourquoi son dimensionnement est si crucial pour la sécurité et la performance de l’installation.
Qu’est-ce que le triphasé ?
Le courant triphasé est un système de distribution d’énergie électrique qui utilise trois phases de courant alternatif, décalées dans le temps. Contrairement au courant monophasé, qui n’utilise qu’une seule phase, le triphasé offre une puissance plus élevée et une meilleure répartition de la charge. Visualisez trois vagues d’énergie synchronisées qui alimentent simultanément vos appareils. Le triphasé est fréquemment employé dans l’industrie, les locaux commerciaux et les grandes habitations caractérisées par des besoins énergétiques conséquents.
Le système triphasé offre des atouts notables : une puissance disponible supérieure, une distribution de la charge plus équilibrée sur les différentes phases, et une efficacité énergétique améliorée pour certains types d’équipements, particulièrement les moteurs industriels. Néanmoins, il implique également des coûts d’installation plus importants et une complexité accrue du système de protection électrique. Selon la norme IEC 60038, les tensions standardisées pour les systèmes triphasés basse tension sont de 230/400V et 400/690V.
Pourquoi le dimensionnement est-il crucial ?
Un dimensionnement approprié du tableau électrique triphasé est vital pour plusieurs raisons, dictées par des impératifs de sécurité et de performance. Premièrement, il assure la sécurité des personnes et des biens en prévenant les surcharges, les courts-circuits et les risques d’incendie. Un tableau électrique bien dimensionné permet également de protéger les équipements en garantissant une alimentation stable et conforme à leurs spécifications techniques. De plus, un dimensionnement précis permet de respecter les normes électriques, comme la NF C 15-100 (article 559.5), et d’optimiser les coûts en évitant tout sur-dimensionnement, source de dépenses inutiles.
Imaginez un atelier équipé de machines-outils en triphasé. Un tableau sous-dimensionné provoquerait des disjonctions fréquentes, pénalisant la production et pouvant endommager les équipements. À l’opposé, un tableau sur-dimensionné engendrerait un investissement initial plus lourd et une installation moins économe en énergie. Selon les recommandations de promotelec, il est important d’équilibrer au mieux les phases pour optimiser la performance du tableau.
Prérequis : connaissances et outils nécessaires pour un dimensionnement optimal
Avant de vous engager dans le dimensionnement d’un tableau électrique triphasé, il est indispensable de vous assurer que vous possédez les connaissances théoriques et les outils adéquats. Une solide compréhension des principes fondamentaux de l’électricité et une maîtrise des outils de mesure et de calcul sont essentiels pour exécuter cette tâche en toute sécurité et avec une précision optimale.
Connaissances théoriques indispensables
Voici une liste des connaissances théoriques essentielles pour un dimensionnement réussi d’un tableau électrique triphasé :
- Loi d’Ohm et formule de la puissance électrique : Comprendre la relation fondamentale entre la tension, le courant et la résistance, ainsi que la formule de la puissance (P = U * I * cosφ).
- Tension simple et tension composée : Savoir distinguer clairement la tension simple (entre phase et neutre, typiquement 230V en France) et la tension composée (entre phases, généralement 400V).
- Facteur de puissance (cos φ) : Assimiler l’importance cruciale du facteur de puissance et son influence directe sur le calcul du courant. Un cos φ faible indique une charge inductive importante.
- Notions de courant d’emploi (Ib), courant admissible (Iz) et courant de réglage (In) : Maîtriser la définition précise de ces différents courants et leur rôle respectif dans le dimensionnement des protections.
- Types de protection électrique : Connaître en détail les différents types de dispositifs de protection électrique (disjoncteurs, interrupteurs différentiels, parafoudres) et leurs fonctions spécifiques.
- Normes électriques : Se familiariser avec les principales normes électriques en vigueur, en particulier la NF C 15-100 et ses amendements.
Outils nécessaires
Pour réaliser un dimensionnement précis et sûr, vous aurez besoin des outils suivants :
- Multimètre : Indispensable pour mesurer avec précision la tension, le courant et la résistance des circuits.
- Pinces ampèremétriques : Essentielles pour mesurer le courant en toute sécurité, sans avoir à interrompre le circuit.
- Calculatrice scientifique : Nécessaire pour réaliser les calculs complexes impliqués dans le dimensionnement.
- Tableaux de conversion et de dimensionnement : Cruciaux pour déterminer les sections de câbles et les calibres des protections en fonction des normes. Ces tableaux sont disponibles dans la NF C 15-100 et dans les catalogues des fabricants.
Il est important de souligner que si vous avez le moindre doute quant à vos compétences ou à vos connaissances, il est fortement conseillé de faire appel à un professionnel qualifié. La sécurité électrique ne doit jamais être compromise. Consultez un électricien certifié
Étape 1 : l’inventaire des besoins électriques : la pierre angulaire d’un projet réussi
La première étape, et sans doute la plus déterminante, du dimensionnement d’un tableau électrique triphasé consiste à établir un inventaire rigoureux de tous les besoins en électricité de l’installation. Cela implique de recenser l’ensemble des appareils électriques, de calculer la puissance totale requise par circuit et de prendre en considération les coefficients d’utilisation et de simultanéité, afin d’éviter tout surdimensionnement inutile.
Recensement complet des appareils électriques
La première démarche consiste à élaborer un tableau détaillé qui liste chaque appareil électrique de l’installation, organisé par circuit ou par pièce. Pour chaque appareil, il est impératif d’indiquer sa puissance nominale, généralement inscrite sur la plaque signalétique en Watts (W) ou en kilovoltampères (kVA). Ce recensement doit être exhaustif pour garantir un dimensionnement précis et fiable du tableau électrique. Le tableau ci-dessous peut vous servir de modèle pour cette étape cruciale :
| Pièce/Circuit | Appareil | Puissance Nominale (W ou kVA) |
|---|---|---|
| Cuisine | Réfrigérateur | 150 W |
| Cuisine | Four | 3000 W |
| Cuisine | Lave-vaisselle | 2400 W |
| Atelier | Machine Outil 1 | 2.2 kVA |
| Atelier | Poste à soudure | 3.5 kVA |
| Eclairage | Lampes LED | 500 W |
Calcul de la puissance totale par circuit
Une fois le recensement des appareils achevé, il est nécessaire de calculer la puissance totale requise par circuit, en additionnant les puissances nominales de tous les appareils raccordés à chaque circuit. Pour simplifier cette étape et minimiser les erreurs, vous pouvez utiliser un tableur (Excel, Google Sheets) pour automatiser les calculs. Par exemple, si un circuit alimente un éclairage de 200 W, un téléviseur de 100 W et un ordinateur de 300 W, la puissance totale de ce circuit s’élèvera à 600 W.
Coefficients d’utilisation et de simultanéité : des correctifs essentiels
Les coefficients d’utilisation (Ku) et de simultanéité (Ks) sont des éléments clés à intégrer pour éviter de surdimensionner inutilement le tableau électrique. Le coefficient d’utilisation représente la proportion de la puissance nominale d’un appareil qui est effectivement utilisée en fonctionnement normal. Le coefficient de simultanéité, quant à lui, exprime la probabilité que plusieurs appareils connectés au même circuit fonctionnent simultanément. En ajustant la puissance totale calculée à l’aide de ces coefficients, vous obtiendrez une estimation plus réaliste des besoins réels en électricité de l’installation. Selon les Cahiers Techniques Schneider Electric n°172, on considère généralement un Ku de 0.8 pour l’éclairage et de 0.6 pour les prises de courant. Le Ks peut varier entre 0.5 et 1, en fonction de la nature de l’installation.
Prenons le cas d’une habitation individuelle. Il est peu probable que tous les appareils soient utilisés à leur puissance maximale au même instant. L’application des coefficients de simultanéité permet de tenir compte de ce facteur. Voici un tableau illustrant l’application de ces coefficients dans différents contextes :
| Type d’installation | Coefficient d’utilisation (Ku) | Coefficient de simultanéité (Ks) |
|---|---|---|
| Maison individuelle | 0.7 | 0.6 |
| Atelier | 0.8 | 0.8 |
| Bureau | 0.6 | 0.7 |
Calcul de la puissance maximale probable par circuit : une estimation réaliste
La puissance maximale probable par circuit se calcule en multipliant la puissance totale par les coefficients d’utilisation et de simultanéité : Puissance maximale probable = Puissance totale * Ku * Ks. Ce calcul vous permet d’estimer la puissance maximale que le circuit devra supporter en fonctionnement normal. Si la puissance totale d’un circuit est de 1000 W, avec un Ku de 0.8 et un Ks de 0.7, la puissance maximale probable sera de 1000 W * 0.8 * 0.7 = 560 W.
Étape 2 : détermination précise du courant d’emploi (ib)
Une fois la puissance maximale probable par circuit calculée, l’étape suivante consiste à déterminer précisément le courant d’emploi (Ib) de chaque circuit. Ce courant représente l’intensité que le circuit devra supporter en fonctionnement normal. Ce calcul est indispensable pour sélectionner les dispositifs de protection appropriés et dimensionner les câbles de manière adéquate. Pour un dimensionnement sécurisé et efficace, cette étape est absolument cruciale.
Calcul rigoureux du courant d’emploi par circuit (ib)
Le courant d’emploi se calcule à partir de la puissance maximale probable, de la tension et du facteur de puissance. La formule à appliquer pour un circuit triphasé est la suivante : Ib = P / (√3 * U * cos φ), où P représente la puissance en Watts, U est la tension entre phases (généralement 400V en France) et cos φ est le facteur de puissance. Le facteur de puissance est un paramètre essentiel à considérer, car il varie en fonction du type de charge (résistive, inductive ou capacitive). Un facteur de puissance proche de 1 indique une charge majoritairement résistive, tandis qu’un facteur de puissance plus faible révèle la présence d’une charge inductive ou capacitive significative. Le guide UTE C15-400 donne des indications précises sur les valeurs typiques de cos φ.
Par exemple, si un circuit affiche une puissance maximale probable de 3000W, une tension de 400V et un cos φ de 0.8, le courant d’emploi sera de Ib = 3000 / (√3 * 400 * 0.8) ≈ 5.4 A.
Étape 3 : sélection des dispositifs de protection : le pilier de la sécurité électrique
Le choix judicieux des dispositifs de protection est une étape déterminante pour garantir la sécurité de l’installation électrotechnique et la protection des personnes et des biens contre les risques liés à l’électricité. Les dispositifs de protection essentiels sont les disjoncteurs, les interrupteurs différentiels et, dans certaines situations, les parafoudres. Un choix approprié de ces éléments est primordial pour assurer une protection optimale.
Disjoncteur : protection contre les surcharges et les courts-circuits
Le disjoncteur joue un rôle crucial : il protège les circuits électriques contre les surcharges et les courts-circuits en interrompant le courant en cas de dépassement du courant de réglage (In). La règle de dimensionnement fondamentale est la suivante : In ≥ Ib, ce qui signifie que le courant de réglage du disjoncteur doit toujours être supérieur ou égal au courant d’emploi du circuit qu’il protège. Le choix du calibre du disjoncteur se fait en fonction du courant d’emploi et des prescriptions des normes électriques, notamment la NF C 15-100 (article 433).
Il existe différents types de disjoncteurs, caractérisés par leur courbe de déclenchement (courbe B, C ou D). Les disjoncteurs de courbe B sont spécialement adaptés à la protection des circuits d’éclairage et des prises de courant. Les disjoncteurs de courbe C, quant à eux, sont utilisés pour la protection des circuits alimentant des moteurs et des appareils présentant des courants d’appel élevés. Enfin, les disjoncteurs de courbe D sont réservés à des applications industrielles spécifiques, nécessitant une forte résistance aux courants de démarrage. Le choix de la courbe dépend du type de charge à protéger, comme l’indique le guide technique Legrand.
Interrupteur différentiel : protection des personnes contre les risques d’électrocution
L’interrupteur différentiel assure la protection des personnes contre les risques d’électrocution en détectant les fuites de courant. Il interrompt instantanément le courant lorsque la différence entre le courant entrant et le courant sortant excède un certain seuil, appelé sensibilité. Les seuils de déclenchement les plus fréquemment utilisés sont de 30mA (pour la protection des personnes) et de 300mA (pour la protection contre les incendies). Le calibre de l’interrupteur différentiel doit être supérieur ou égal à la somme des courants de réglage des disjoncteurs situés en aval. La norme NF C 15-100 (article 411) impose l’utilisation de différentiels 30mA dans les locaux d’habitation.
Il existe deux principaux types d’interrupteurs différentiels : le type A et le type AC, qui se distinguent par leur aptitude à détecter les différents types de courants de défaut. Les interrupteurs différentiels de type A sont capables de détecter aussi bien les courants de défaut alternatifs que continus, alors que les interrupteurs différentiels de type AC ne détectent que les courants de défaut alternatifs. Le type A est recommandé pour les circuits alimentant des appareils électroniques sensibles, tels que les ordinateurs et les équipements médicaux, en raison de leur sensibilité accrue aux courants continus pulsés. Le guide Schneider Electric « Protection différentielle » fournit des informations complémentaires sur ce sujet.
Parafoudre : protection contre les surtensions atmosphériques
Le parafoudre a pour mission de protéger les équipements électriques contre les surtensions causées par la foudre. Son installation est obligatoire dans certaines zones géographiques particulièrement exposées aux phénomènes orageux. Le choix du type de parafoudre doit être effectué en fonction du niveau de protection requis et des caractéristiques spécifiques de l’installation. La norme NF C 15-100 (article 534) détaille les règles d’installation des parafoudres.
La norme NF C 15-100 (article 534) définit les règles d’installation des parafoudres et les critères à prendre en compte pour leur sélection, notamment le niveau de risque lié à la foudre. Il est impératif de respecter scrupuleusement ces règles pour garantir une protection optimale contre les surtensions et préserver l’intégrité des équipements électriques. Téléchargez notre guide sur la protection contre la foudre
Étape 4 : choix des conducteurs : la garantie d’une installation durable et sécurisée
La sélection des conducteurs, ou câbles électriques, est une étape déterminante pour assurer la sécurité et la pérennité de l’installation électrique. La section des câbles doit être rigoureusement dimensionnée en fonction du courant admissible, de la chute de tension, de la longueur du câble et de la méthode de pose. Un dimensionnement correct des câbles est essentiel pour éviter tout risque de surchauffe et garantir une alimentation électrique stable et fiable.
Détermination précise de la section des câbles
Le courant admissible (Iz) représente l’intensité maximale que le câble peut supporter sans risque de surchauffe excessive. La section des câbles doit être choisie de manière à ce que le courant admissible soit toujours supérieur ou égal au courant d’emploi (Iz ≥ Ib). Les tableaux de dimensionnement des câbles, disponibles dans la NF C 15-100 (tableau 52-G) et dans les catalogues des fabricants de câbles, indiquent la section minimale requise en fonction du courant admissible et de la méthode de pose. Le type de câble (cuivre, aluminium) et la température ambiante sont également des facteurs importants à prendre en considération, car ils influencent le courant admissible. Selon le guide UTE C 15-520, la température ambiante a un impact significatif sur le courant admissible des câbles.
Par exemple, pour un courant d’emploi de 16A, un câble en cuivre posé en apparent peut nécessiter une section minimale de 2.5 mm², tandis qu’un câble en aluminium, moins conducteur, pourrait exiger une section plus importante pour supporter le même courant en toute sécurité.
Calcul précis de la chute de tension
La chute de tension correspond à la diminution de la tension électrique entre le point de départ et le point d’arrivée du câble. Une chute de tension excessive peut entraîner un dysfonctionnement des appareils électriques, en réduisant leur tension d’alimentation en dessous de la valeur nominale. Les limites de chute de tension admissibles sont généralement de 3% pour les circuits d’éclairage et de 5% pour les autres types de circuits. Si la chute de tension calculée dépasse ces limites, il est impératif d’augmenter la section des câbles pour la réduire. La norme NF C 15-100 (article 525) fixe les limites de chute de tension.
La formule de calcul de la chute de tension est la suivante : ΔU = (2 * ρ * L * Ib) / S, où ΔU représente la chute de tension en volts, ρ est la résistivité du matériau du câble (en Ω·mm²/m), L est la longueur du câble en mètres, Ib est le courant d’emploi en ampères et S est la section du câble en mm². Prenons l’exemple d’un câble en cuivre de 20 mètres de long, transportant un courant d’emploi de 10A et ayant une section de 1.5 mm². La chute de tension serait alors de ΔU = (2 * 0.017 * 20 * 10) / 1.5 ≈ 4.53 V.
Étape 5 : dimensionnement du tableau électrique : l’assemblage final en toute sécurité
Une fois que vous avez déterminé le courant d’emploi de chaque circuit, sélectionné les dispositifs de protection appropriés et dimensionné les câbles, vous pouvez procéder au dimensionnement du tableau électrique proprement dit. Cette étape consiste à calculer la puissance totale du tableau, à choisir l’ampérage du disjoncteur de branchement et à déterminer la taille physique du tableau. Un dimensionnement correct garantit le bon fonctionnement de l’installation et sa sécurité.
Calcul de la puissance totale du tableau : une étape indispensable
La puissance totale du tableau se calcule en additionnant les puissances maximales probables de l’ensemble des circuits. Il est crucial d’intégrer les coefficients de simultanéité pour éviter de surdimensionner inutilement le tableau. Cette puissance totale déterminera directement l’ampérage du disjoncteur de branchement et la taille physique du tableau. Une estimation précise est essentielle pour un fonctionnement optimal et une sécurité accrue.
Choix de l’ampérage du disjoncteur de branchement : une protection globale
L’ampérage du disjoncteur de branchement doit impérativement être supérieur ou égal à la puissance totale du tableau, divisée par la tension et par √3. Il est également primordial de prendre en compte la puissance souscrite auprès de votre fournisseur d’électricité. Si la puissance totale calculée pour le tableau excède la puissance souscrite, il sera impératif d’augmenter cette dernière ou de revoir le dimensionnement de certains circuits. Une adaptation adéquate de la puissance souscrite est cruciale pour éviter tout dysfonctionnement. Cet ampérage doit être conforme aux préconisations de la norme NF C 14-100.
Choix de la taille du tableau électrique : anticiper les besoins futurs
La taille du tableau électrique se définit en fonction du nombre d’emplacements nécessaires pour accueillir l’ensemble des dispositifs de protection et de contrôle. Il est vivement conseillé de prévoir une marge de sécurité pour permettre d’éventuelles extensions ultérieures de l’installation. L’agencement des dispositifs de protection au sein du tableau doit respecter scrupuleusement les règles de sécurité et les recommandations du fabricant. Il est également important d’organiser les circuits de manière logique et claire, afin de faciliter la maintenance et les interventions futures. Le guide technique Hager propose des schémas de tableaux optimisés. Téléchargez le guide Hager
Normes et réglementations : le cadre légal du dimensionnement
Le dimensionnement et l’installation d’un tableau électrique triphasé sont rigoureusement encadrés par des normes et des réglementations strictes, dont l’objectif est de garantir la sécurité des personnes et des biens. Il est donc impératif de connaître et de respecter ces normes pour prévenir tout risque d’accident et éviter les sanctions légales potentielles.
La norme de référence en France est la NF C 15-100, qui définit les règles de conception, de réalisation et de vérification des installations électriques basse tension. Cette norme couvre tous les aspects de l’installation, depuis le dimensionnement des câbles jusqu’à l’installation des dispositifs de protection, en passant par les règles de câblage et de raccordement. Le non-respect de cette norme peut engager la responsabilité du professionnel.
Le Consuel (Comité National pour la Sécurité des Usagers de l’Electricité) est l’organisme chargé de contrôler la conformité des installations électriques aux normes en vigueur. L’obtention d’une attestation de conformité du Consuel est obligatoire pour toute nouvelle installation ou pour toute modification substantielle d’une installation existante. Cette attestation est une garantie de sécurité pour les usagers et atteste du respect des normes en vigueur.
Les clés d’un dimensionnement réussi : rigueur, méthode et sécurité
Le dimensionnement d’un tableau électrique triphasé ne se limite pas à une simple application de formules ; il s’agit d’une démarche qui requiert rigueur, méthode et une compréhension approfondie des impératifs de sécurité. En suivant attentivement les étapes décrites dans cet article, en vous référant aux normes en vigueur et en faisant preuve de vigilance, vous vous assurez de réaliser une installation fiable, performante et, surtout, sûre. N’oubliez jamais que la sécurité électrique est une priorité absolue et qu’en cas de doute, il est toujours préférable de solliciter l’expertise d’un professionnel qualifié. La sécurité n’a pas de prix.