Comment déterminer le calibre du câblage de votre système

Comment déterminer le calibre du câblage de votre
système
Un câblage du bon calibre peu faire la différence entre la charge inadéquate et la charge
complète d'un groupe de batteries, entre les lumières faibles et les lumières brillantes et la
performance médiocre et la performance maximale des outils et des appareils. Les
concepteurs des circuits d'alimentation à basse tension ignorent souvent les implications
des chutes de tension et du calibre des fils.
Dans les systèmes conventionnels d'alimentation électrique pour domiciles (120/240
VCA), le calibre du câblage est déterminé principalement pour assurer une capacité de
transport de courant sécuritaire (courant admissible). Le souci dominant est la sécurité
contre les incendies. Dans les systèmes à basse tension (12, 24, 48 VCC), le souci
dominant est la perte d'énergie. Le calibre du câblage ne doit pas être déterminé
uniquement en fonction du courant admissible puisque ces systèmes offrent moins de
tolérance aux chutes de tension (exception faite des distances très courtes). Par exemple,
pour une consommation constante (watts), une chute de tension de 1 volt dans un système
de 12 volts résulte en une perte d'énergie 10 fois plus grande que celle d'une chute de
tension de 1 volt dans un système de 120 volts.
Tableau universel des calibres de fils
Un procédé à 2 étapes
Ce tableau peut être utilisé pour toutes les tensions ou les chutes de tension
pour les calibres américains (AWG) ou métriques (mm2). Il s'applique aux
circuits CC types et à certains circuits CA simples (alimentation uniphasée
CA avec charges résistives, sans moteurs ou le facteur de puissance = 1,0 et
où la réactance de la ligne est négligeable).
ÉTAPE 1 - Calculez ce qui suit :
ICT = (AMP. x PIEDS) ÷ (% DE LA CHUTE DE TENSION x
TENSION)
ICT = Index de la chute de tension (un nombre de référence basé sur la
résistance du fil)
PIEDS = Distance DANS UNE DIRECTION du câblage (1 mètre = 3,28
pieds)
% DE LA CHUTE DE TENSION = Votre choix de chute de tension
admissible (exemple : utilisez 3 pour 3%)
ÉTAPE 2 – Déterminez le calibre de fil adéquat à partir du tableau.
Comparez votre ICT calculé à l'ICT du tableau pour découvrir le calibre de
fil le plus près. Le courant (ampères) ne doit pas excéder la TENSION
ADMISSIBLE indiquée pour le calibre du fil.
Calibre du Dimension du
CUIVRE
fil
fil
(mm2)
Courant
AWG
ICT
admissible
16
1,31
1
10
14
2,08
2
15
12
3,31
3
20
10
5,26
5
30
8
8,37
8
55
6
13,3
12
75
4
21,1
20
95
2
33,6
31
130
0
53,5
49
170
00
67,4
62
195
000
85,0
78
225
0000
107
99
260
ALUMINIUM
ICT
Courant
admissible
Non recommandé
20
31
39
49
62
100
132
150
175
205
COPPER
ALUMINIUM
(VDI x 1.1 =
(VDI x 1.7 =
mm2)
mm2)
Dimensions disponibles : 1, 1,5, 2,5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120
mm2
Dimension métrique par section
transversale
EXEMPLE :
Une charge de 20 ampères à 24 volts sur une distance de 100 pieds ayant
une chute de tension maximale de 3%
ICT = (20x100) ÷ (3x24) =
27,78
Pour le fil de cuivre, l'ICT le plus près =
31.
Ceci indique un fil #2 AWG ou de 35
mm2.
NOTES : AWG = American Wire Gauge (Calibre américain des fils). Le
courant admissible est basé sur le National Electrical Code (USA) (Code
national de l'électricité – É.-U.) à une température ambiante de 30 °C (85 °F),
pour pas plus de trois conducteurs isolés dans un conduit à l'air libre de
câbles de types AC, NM, NMC et SE et d'isolation de conducteur de types
TA, TBS, SA, AVB, SIS, RHH, THHN et XHHW. Pour les autres
conditions, référez-vous au National Electric Code ou à un manuel
d'ingénierie.
Utilisez le tableau ci-dessous comme votre principal outil pour résoudre les problèmes de
calibre de fils. Il remplace plusieurs pages d'anciens tableaux de calibres. Vous pouvez
l'appliquer à n'importe laquelle tension d'opération et à n'importe lequel pourcentage de
chute de tension.
Calcul de la chute de tension admissible pour différentes charges électriques
La règle générale est d'utiliser un calibre de fil causant une chute de tension d'environ 2 à
3% pour une charge type. Si cette approche s'avère très dispendieuse, considérez les
conseils suivants. Différents circuits électriques présentent différentes tolérances à la
chute de tension.
CIRCUITS D'ÉCLAIRAGE INCANDESCENT ET AU QUARTZ-HALOGÈNE (QH) :
Ne trichez pas pour ces circuits! Une chute de tension de 5% résulte en une perte
d'environ 10% du rendement lumineux. Ceci provient du fait que non seulement
l'ampoule reçoit moins d'énergie mais aussi que le filament moins chaud passe du point
de chauffage à blanc au point de chauffage au rouge, générant donc beaucoup moins de
lumière visible.
CIRCUITS D'ÉCLAIRAGE FLUORESCENT : La chute de tension cause une chute
quasiment proportionnelle du rendement lumineux. Les lampes fluorescentes utilisent ½
à ⅓ du courant utilisé par les ampoules incandescentes ou au quartz-halogène pour
fournir le même rendement lumineux; ils peuvent donc utiliser des fils plus petits. Nous
recommandons l'utilisation de lampes fluorescentes de qualité. Le bourdonnement, le
vacillement et le spectre de couleurs médiocre ont été éliminés dans la plupart des lampes
fluorescentes modernes grâce aux ballasts électroniques et aux ampoules à spectre
complet.
DES MOTEURS CC peuvent être utilisés dans les systèmes à source d'énergie
renouvelable, particulièrement pour les pompes à eau. Ils sont de 10% à 50% plus
efficaces que les moteurs CA et élimine les coûts et les pertes associés à l'utilisation des
onduleurs. Les moteurs CC n'exigent pas de courant de pointe excessif lors du démarrage
contrairement aux moteurs à induction CA. La chute de tension au cours de la phase de
pointe du démarrage résulte simplement en un « démarrage en douceur ».
LES MOTEURS À INDUCTION CA sont normalement utilisés dans les gros outils et
appareils électriques et les pompes de puits. Ils exigent une consommation de pointe très
élevée lors du démarrage. Une chute de tension importante dans ces circuits peut causer
des pannes au démarrage et des dommages possibles au moteur. Respectez le National
Electrical Code. Pour une pompe de puits, suivez les directives du fabricant.
LES CIRCUITS DE POMPE À EAU SOLAIRE ALIMENTÉS DIRECTEMENT À
PARTIR DE PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES (PV) devraient être câblés non pas
pour la tension nominale (c.-à-d., 24 volts) mais pour la tension de fonctionnement réelle
(soit environ 34 volts dans ce cas). Sans une batterie pour maintenir la tension à son
niveau nominal, la tension de fonctionnement sera la tension de pointe du réseau de
panneaux PV.
LES CIRCUITS DE PANNEAUX PV POUR LA CHARGE DE BATTERIES sont
critiques puisque la chute de tension peut occasionner une perte disproportionnée dans le
courant de charge. Pour charger une batterie, le dispositif de charge doit générer une
tension plus élevée que celle qui existe déjà dans la batterie. C'est pourquoi la plupart des
modules PV sont conçus pour une tension de pointe de 16 à 18 volts. Une chute de
tension supérieure à 5% réduira cette différence de tension requise et peut réduire le
courant de charge à la batterie par un pourcentage beaucoup plus élevé. Dans ce cas,
notre recommandation générale est de planifier pour une chute de tension de 2 à 3%. Si
vous croyez que le réseau de panneaux PV sera agrandi plus tard, utilisez un calibre de fil
qui permettra l'expansion future. Votre client appréciera cette décision lorsque le moment
sera venu d'agrandir le réseau.
CIRCUITS D'ÉOLIENNES : À la plupart des sites, une éolienne génère son courant de
pointe nominal uniquement durant les vents violents ou les rafales occasionnelles. Si le
calibre du fil pour assurer une faible perte est gros et très dispendieux, vous pouvez
considérer une chute de tension aussi élevée que 10% du courant nominal. Cette perte ne
surviendra qu'occasionnellement alors que l'énergie est la plus abondante. Consultez le
manuel de l'utilisateur du système éolien.
Techniques additionnelles pour réduire les coûts
LE FIL D'ALUMINIUM peut être plus économique que le fil de cuivre pour certaines
lignes principales. Les fournisseurs d'électricité l'utilisent parce qu'il est plus économique
que le fil de cuivre et plus léger même si un calibre plus gros doit être utilisé. Il est
sécuritaire lorsqu'il est installé conformément au code avec des bornes adaptées pour
l'aluminium. Vous pouvez le considérer pour les longues et dispendieuses distances de
calibre 2 ou plus gros. La différence en coûts fluctue avec le marché du métal. Il est
rigide et difficile à plier et non normalisé pour les pompes immergées.
MODULES PV À HAUTE TENSION : Considérez la possibilité d'utiliser des modules à
plus haute tension et un contrôleur de charge solaire SPPM (Suivi du point de puissance
maximale (En anglais, MPPT – Maximum Power Point Tracking) assurant la conversion
maximale d'énergie pour abaisser la tension à la tension nominale du système (c.-à-d., 12,
24 et 48 volts) pour compenser une chute de tension excessive. Dans certains cas de
longue distance, le coût accru pour l'acquisition du module peut être inférieur au coût du
fil d'un calibre plus gros.
POURSUITE SOLAIRE : Utilisez un appareil de poursuite solaire (c.-à-d., Zomeworks
ou Unirac) pour qu'un plus petit réseau puisse être utilisé particulièrement dans les
situations d'utilisation élevé pendant l'été (la poursuite assure le plus d'énergie au cours
de l'été lorsque le soleil décrit l'arc le plus long dans le ciel). Le réseau PV plus petit
nécessitera des fils de plus petit calibre.
POMPES DE PUITS : Considérez un système à pompe lente et à basse puissance équipé
d'un réservoir d'approvisionnement pour accumuler l'eau. Ceci permet de réduire la
dimension du fil et des tuyaux lorsque de longues distances existent. Un système de
pompage alimenté directement par un réseau de panneaux photovoltaïques peut éliminer
le besoin d'une longueur de fil importante en utilisant un réseau PV indépendant installé
près de la pompe. Plusieurs de nos pompes à eau solaires sont des pompes CC hautement
efficaces alimentées à une tension allant jusqu'à 48 volts. Nous fabriquons aussi des
versions CA et des onduleurs pour permettre l'utilisation de la tension CA transmise sur
de longues distances. Ces pompes consomment moins de courant pour fonctionner et
moins de courant de pointe au démarrage que les pompes CA conventionnelles,
permettant ainsi de réduire de manière importante le calibre du fil requis.