Calcul précis de la section de câble pour moteurs BT & HT : Sécurité, efficacité et économies

Comment calculer la section de câble pour moteurs BT & HT ?

Sélectionner la bonne section de câble pour le moteur est un paramètre important pour l'industrie, que ce soit pendant l'installation et la mise en service ou pendant le fonctionnement. C'est un aspect très important pour la sécurité, la minimisation des coûts et la réduction des pertes indésirables. Un câble sous-dimensionné peut brûler pendant le fonctionnement du moteur, risquant la vie humaine, la machine, l'infrastructure, la perte de production et le coût de remplacement.

Alors qu'un conducteur surdimensionné entraînera des coûts inutiles non seulement pour les longs câbles mais aussi pour les matériaux de terminaison de câble utilisés avec eux, c'est-à-dire cosses, presse-étoupes, kit de jonction (en cas de défaut futur) et goulotte de câble surdimensionnée. Le coût de la main-d'œuvre pour la pose de câble de plus grande section sera également plus élevé par rapport au câble de section inférieure. En considérant tous ces points vitaux, il est important de faire un calcul correct de la section de câble pour notre moteur.

• À lire impérativement : Comment calculer la section de câble pour différentes charges et câblage domestique (Exemples résolus US & UE)

• Article connexe : Raccordement câbles MT & HT aux équipements & jonctions

Avant d'entrer dans les détails, clarifions la principale différence entre moteurs BT & HT.

Quelle est la différence entre moteurs BT et HT ?

Eh bien, comme les mots BT (Basse Tension c'est-à-dire Low Voltage) et HT (Haute Tension c'est-à-dire High Voltage) ou couple bas et couple haut respectivement décrivent toute l'histoire.

Cela dépend aussi de la disponibilité de la tension d'alimentation, c'est-à-dire aux USA et UE,

Gamme moteurs BT = 230 V – 415 V

Gamme moteurs HT = 3,3 kV, 6,6 kV – 11 kV

Gardez à l'esprit que les moteurs BT ont besoin de plus de courant que les moteurs HT.

Dans d'autres régions, ils classent les moteurs BT sous 1 kV et les moteurs HT au-dessus de 1 kV.

Maintenant, nous devons discuter du sujet principal qui est comment calculer la section de câble pour les moteurs ?

• Article connexe : Protection des départs de câbles – Types de défauts, causes & Protection différentielle

Calcul de la section de câble pour un moteur BT de 125 kW

Puissance moteur = 125 kW

Facteur de puissance = 0,8, Rendement = 94 %

Tension du système, V₁ = 415 V

Longueur du câble = 200 m

Courant de charge = P / (1,732 x V x FP x Rend) → (P = √3 x V x I CosΦ = pour circuits triphasés)

= 125 000 / (1,732 x 415 x 0,8 x 0,94)

≈ 230 A

C'est le courant nominal à plein régime que le câble doit supporter en conditions idéales. Mais en situation pratique, il y a plusieurs facteurs de déclassement à considérer.

La valeur nominale de courant donnée pour les câbles est définie pour une température ambiante de 40 °C. Si la température ambiante est supérieure, la capacité de transport de courant du câble diminue.

Supposons que notre câble soit posé en l'air sur goulotte,

• À lire aussi : Qu'est-ce qu'un moteur pas à pas : Construction, types et modes de fonctionnement

Température de l'air en °C		20°	25°	30°	35°	40°	45°	50°	55°
Facteurs de déclassement	PVC normal	1,32	1,25	1,16	1,09	1,00	0,90	0,80	0,80
	PVC HR	1,22	1,17	1,12	1,06	1,00	0,94	0,87	0,80
	XLPE	1,20	1,16	1,11	1,06	1,00	0,95	0,88	0,82

Facteurs de déclassement liés à la variation de la température ambiante

Facteur de correction de température, K₁ lorsque le câble est en l'air = 0,88 (pour température ambiante 50 °C & câble XLPE)

Le regroupement de câbles déclassent aussi la capacité de transport de courant. Si de nombreux câbles sont groupés, ils chauffent tous. La chaleur ne peut pas se dissiper correctement, ce qui réchauffe le câble lui-même et ceux en contact. Cela augmentera encore la température. Donc nous devons déclasser la capacité de transport de courant selon le facteur de regroupement.

Prenons le pire scénario, c'est-à-dire 3 goulottes parallèles l'une à l'autre ayant 9 câbles chacune se touchant.

Nombre de goulottes	Nombre de câbles par goulotte					Nombre de câbles par goulotte
	1	2	3	6	9	1	2	3	6	9
1	1,00	0,98	0,96	0,93	0,92	1,00	0,84	0,80	0,75	0,73
2	1,00	0,95	0,93	0,90	0,89	1,00	0,80	0,76	0,71	0,69
3	1,00	0,94	0,92	0,89	0,88	1,00	0,78	0,74	0,70	0,68
6	1,00	0,93	0,90	0,87	0,86	1,00	0,76	0,72	0,65	0,66

Tableau : Facteur de regroupement de câbles (Facteur nombre de goulottes), K2 = 0,68 (pour 3 goulottes ayant 9 câbles chacune)

Facteur de déclassement total = K₁ x K₂

= 0,88 × 0,68 = 0,5984

Choisissons un câble 1,1 kV, 3 cœurs, 240 mm², Aluminium, XLPE, Blindé pour une seule pose

Cliquez pour agrandir le tableau

Détails techniques pour câbles 1,1 kV, 3 cœurs, Conducteur Aluminium/Cuivre, Isolés XLPE, Blindés

Capacité de courant du câble XLPE blindé aluminium 240 mm² en air = 402 A

Courant déclassé total du câble 240 mm² = 402 × 0,5984 = 240,55 A

Résistance = 0,162 Ω / km et
Réactance = 0,072 Ω / km

• À lire aussi : Moteur DC sans balais : Construction, principe de fonctionnement & Applications

Chutes de tension estimées dans câbles Aluminium PVC/XLPE pour système AC
	(Chute de tension – Volts/km/Amp)
Section nominale du conducteur (mm²)	Câble PVC		Câble XLPE
	Monophasé	Triphasé	Monophasé	Triphasé
1,5	43,44	37,62	46,34	40,13
2,5	29,04	25,15	30,98	26,83
4	17,78	15,40	18,98	16,44
6	11,06	9,58	11,80	10,22
10	7,40	6,41	7,88	6,82
16	4,58	3,97	4,90	4,24
25	2,89	2,50	3,08	2,67
35	2,10	1,80	2,23	1,94
50	1,55	1,30	1,65	1,44
70	1,10	0,94	1,15	1,00
95	0,79	0,68	0,83	0,70
120	0,63	0,55	0,66	0,56
150	0,52	0,46	0,55	0,48
185	0,42	0,37	0,44	0,40
240	0,34	0,30	0,35	0,30
300	0,28	0,26	0,30	0,26
400	0,24	0,22	0,24	0,22
500	0,23	0,20	0,23	0,20
630	0,20	0,18	0,21	0,18
800	0,19	–	0,20	–
1000	0,18	–	0,18	–

Chute de tension, V₂ = 0,3 Volts/km/Amp (selon brochure Havells)

= 0,3 × 230 × (200 / 1000)

= 13,8 V

Tension aux bornes du moteur, V₂ = 415 - 13,8 = 401,2 V

% Chute = (V₁ – V₂) / (V₁)

= (415 – 401,2) × 100 / (415)

= 3,32 %

Pour valider le câble 240 mm², les conditions de sélection doivent être vérifiées

1. Courant déclassé du câble (240,55 A) est supérieur au courant de charge à plein régime (230 A) = OK
2. Chute de tension du câble (3,32 %) est inférieure à la chute de tension définie (10 %) = OK
3. Capacité de court-circuit du câble (22,56 kA) est supérieure à la capacité de court-circuit du système à ce point (X kA) = OK

Article connexe : Moteur pas à pas – Types, construction, fonctionnement, contrôle & applications

Le câble 240 mm² satisfait les trois conditions, il est donc conseillé d'utiliser un câble 3 cœurs 240 mm².

• À lire aussi : Qu'est-ce que le rendement moteur & comment l'améliorer ?

Calcul de la section de câble pour un moteur HT de 350 kW

Dans le cas d'un système BT, le câble peut être sélectionné sur la base de sa capacité de transport de courant et de sa chute de tension, mais dans le cas d'un système MT/HT, la capacité de court-circuit du câble est un facteur important/décisif. Donc pour un moteur HT, la capacité de court-circuit du câble seule suffit à déterminer la section du câble car les deux autres paramètres suivront automatiquement.

Considérons l'exemple ci-dessous :

Puissance moteur = 350 kW

Facteur de puissance = 0,8, Rendement = 94 %

Tension du système, V₁ = 6,6 kV

Longueur du câble = 200 m

Courant de charge = P / (1,732 x V x FP x Rend)

= 350 000 / (1,732 x 6600 x 0,8 x 0,94)

= 41 A

Supposons que le niveau de court-circuit / niveau de défaut pour le système HT, I_sh (pour durée t=1s) = 26,2 kA

Avec conducteur aluminium, câble isolé XLPE =

= 278,72 mm²

Donc la taille supérieure la plus proche 300 mm² est requise.

On peut voir dans le tableau ci-dessous que la capacité de court-circuit d'un câble 300 mm² est de 28 kA, ce qui est supérieur à notre niveau de défaut.

• À lire aussi : Démarreur automatique étoile-triangle pour moteur triphasé avec temporisateur

Cliquez sur l'image pour l'agrandir

(6,6 kV NON MIS À LA TERRE / 11 kV MIS À LA TERRE)

Détails techniques pour câbles 6,6 kV, 3 cœurs, Conducteur Aluminium/Cuivre, Isolés XLPE, Blindés

On voit que cela satisfera automatiquement les deux autres conditions aussi.

Choisissons un câble 6,6 kV, 3 cœurs, 300 mm², Aluminium, XLPE, Blindé pour une seule pose

Facteur de correction de température, K₁ lorsque le câble est en l'air = 0,88 (pour température ambiante 50 °C & câble XLPE)

Facteur de regroupement de câbles (Facteur nombre de goulottes), K₂ = 0,68 (pour 3 goulottes ayant 9 câbles chacune)

Facteur de déclassement total = K₁ × K₂ = 0,88 × 0,68 = 0,5984

Capacité de courant du câble XLPE blindé aluminium 300 mm² en air = 450 A

Courant déclassé total du câble 300 mm² = 450 × 0,5984 = 269,28 A

Résistance = 0,130 Ω / km et

Réactance = 0,0999 Ω / km

Chute de tension = 0,26 Volts / km / Amp (selon brochure Havells)

= 0,26 × 200 × 41 / 1000

= 2,132 V

Tension aux bornes du moteur, V₂ = 6600 – 2,132 = 6597,868 V

% Chute = (V₁ – V₂) / (V₁)

= (6600 – 6597,8) × 100 / (6600)

= 0,032 %

Pour valider le câble 300 mm², les conditions de sélection doivent être vérifiées

1. Courant déclassé du câble (269,28 A) est supérieur au courant de charge à plein régime (41 A) = OK
2. Chute de tension du câble (0,032 %) est inférieure à la chute de tension définie (5 %) = OK
3. Capacité de court-circuit du câble (28,20 kA) est supérieure à la capacité de court-circuit du système à ce point (26,2 kA) = OK

Le câble 300 mm² satisfait les trois conditions, il est donc conseillé d'utiliser un câble 3 cœurs 300 mm².

Articles à lire aussi :

• Moteur triphasé : Schémas de puissance & commande
• Calculateur de taille de fil & câble électrique (Cuivre & Aluminium)
• Comment trouver la taille du conducteur de terre, conducteur de mise à la terre & électrodes de terre ?