Dernière modification: 09/07/2025
Considération 1 : L’énergie électrique
Comme nous le savons, les composants électriques ont une durée de vie limitée, qui est affectée par l’énergie qu’ils subissent. L’énergie électrique, telle qu’exprimée par le physicien britannique James Prescott Joule, est donnée comme suit :
Q = I^2 * R, d’où l’on déduit I^2 * t = Q / R, soit le courant traversant une résistance pendant une unité de temps [A^2·s], équivalent à [Joule/Ohm].
Prenons l’exemple d’un courant de court-circuit de 10 kA sur une ligne. Si le disjoncteur est modulaire (MCB), il ouvre normalement en 30 ms. Pendant cet intervalle, le câble est soumis à une énergie coupée limitée théorique de I^2·t = 3·10^6 [A^2·s].
Considération 2 : Courant de court-circuit présumé
Cette valeur serait correcte si l’on ne tenait pas compte des propriétés de limitation de l’énergie coupée limitée du dispositif de protection, qui limite l’énergie pendent le phénomène de court-circuit.
Un concept important est celui du courant présumé de court-circuit: courant qui circulerait dans le circuit si chaque pôle de l’appareil de connexion ou le fusible était remplacé par un conducteur d’impédance négligeable.
[IEC 60947-1:2008 ]: 3.7.5 courant présumé (d’un circuit et relatif à un appareil de connexion ou à un fusible) courant qui circulerait dans le circuit si chaque pôle de l’appareil de connexion ou le fusible était remplacé par un conducteur d’impédance négligeable
Note 1 à l’article: La méthode à employer pour évaluer et pour exprimer le courant présumé doit être spécifiée
En réalité, comme on le voit sur le graphique, le courant de court-circuit effectif est beaucoup plus faible. Cela s’explique par le fait que l’ouverture du dispositif ne provoque pas l’arrêt immédiat du courant, celui-ci continue à circuler, atténué par l’effet de l’arc électrique.
Le courant de court-circuit effectif, ou courant de défaut, est le courant qui traverse un circuit lors d’un court-circuit, c’est-à-dire un lien à résistance pratiquement nulle entre deux points de potentiel différent.
Considération 3 : L’énergie coupée limitée
On suppose ici une fréquence réseau de 50 Hz, soit une période de 20 ms.
Les sollicitations thermiques et dynamiques lors d’un court-circuit sont proportionnelles à I^2·t, où I^2 est le carré du courant de court-circuit et le temps nécessaire à la protection pour l’interrompre.
Pendent l’élimination du court-circuit libère une énergie que le dispositif de protection laisse passer. Celle-ci est transformée en chaleur et définie comme l’L’ énergie coupée limitée (ou intégrale de Joule). Elle dépend de l’intensité du courant de court-circuit et de la durée pendant laquelle il agit.
Considération 4 : Énergie supportable par les câbles
Pour vérifier les courants de court-circuit avec dispositifs de protection, l’énergie admissible par les câbles est donnée par le produit du carré de la section (en mm²) par le carré de K — une constante tenant compte de la résistivité, du coefficient thermique et de la résistance thermique du matériau. Pour le PVC, K = 115.
L’énergie coupée limitée supportée par les câbles doit être supérieure à celle que laisse passer la protection, pour garantir leur protection.
Prenons un câble PVC de 10 mm². L’énergie maximale qu’il peut supporter (K²·S²) est de 1 322 500 A²·s.
Selon le graphique, une protection de 32 A face à un court-circuit de 10 kA laisse passer environ 60 kA²·s, ce qui est inférieur à ce que le câble peut supporter.
La formule utilisée suppose un phénomène adiabatique (pas d’échange thermique avec l’extérieur).
[IEC 60364-4-43] 431.5.4 Protection contre le courant de court-circuit pour les câbles et les conducteurs isolés
431.5.4.2 Pour les câbles et les conducteurs isolés, tout courant causé par un court-circuit survenant à n’importe quel point du circuit doit être interrompu dans un délai ne dépassant pas celui qui amènerait l’isolation des conducteurs à la température limite admissible.
Pour des temps de fonctionnement des dispositifs de protection inférieurs à 0,1 s, où l’asymétrie du courant est significative, et pour les dispositifs limitant le courant, la relation suivante doit être respectée :
k²·S² ≥ I²·t,où k²·S² (constante thermique du conducteur au carré × section au carré) doit être supérieure à l’énergie coupée limitée (I²·t) indiquée par le fabricant du dispositif de protection.
Conclusions
Limiter le courant dans un câble ne suffit pas pour le protéger contre l’incendie. Une protection contre les surcharges protège contre cet effet, mais pas contre les courts-circuits. Dans ce cas, le courant est trop élevé et trop rapide pour être arretes à temps par une simple protection contre les surcharges. La norme électrique traite ce problème en termes d’énergie coupée limitée.
Ce concept est fondamental pour la sécurité, car la plupart des dispositifs de protection sont en réalité des limiteurs d’énergie.