Dimensionnement des Disjoncteurs Basse Tension (BT) : Guide Détaillé

Le dimensionnement correct des disjoncteurs basse tension (BT) est crucial pour assurer la sécurité des installations électriques, la protection des équipements et la continuité de service. Un disjoncteur mal dimensionné peut entraîner des déclenchements intempestifs, une protection inefficace contre les surintensités et les courts-circuits, voire des dommages matériels et des risques d’incendie. Cet article explore en détail les étapes et les considérations essentielles pour dimensionner adéquatement un disjoncteur BT.

1. Rôle et Caractéristiques Essentielles des Disjoncteurs BT

Un disjoncteur BT est un dispositif électromécanique de protection conçu pour interrompre le courant électrique en cas de défaut (surintensité, court-circuit, défaut à la terre dans certains cas) ou de surcharge. Il assure deux fonctions principales :

• Protection contre les surintensités : Il détecte et interrompt les courants qui dépassent la valeur nominale du circuit, protégeant ainsi les conducteurs et les équipements contre la surchauffe et les dommages.
• Protection contre les courts-circuits : Il réagit très rapidement aux courants de défaut élevés causés par un court-circuit, limitant ainsi les dommages matériels et les risques d’incendie.

Pour dimensionner correctement un disjoncteur, il est essentiel de comprendre ses caractéristiques principales :

• Courant Nominal (In) : C’est le courant maximal que le disjoncteur peut supporter en permanence dans les conditions spécifiées par le fabricant (température ambiante, etc.) sans déclencher. Il doit être supérieur ou égal au courant maximal de fonctionnement du circuit protégé.
• Courant de Déclenchement (It) : C’est le courant à partir duquel le disjoncteur va déclencher après un certain délai. Pour les disjoncteurs thermiques, ce délai dépend de l’importance de la surcharge. Pour les disjoncteurs magnétiques, le déclenchement est quasi instantané en cas de court-circuit.
• Pouvoir de Coupure (Icu et Ics) :
  • Pouvoir de Coupure Ultime (Icu) : C’est la valeur maximale du courant de court-circuit que le disjoncteur est capable d’interrompre sans être détruit. Après cette interruption, le disjoncteur peut ne plus être en mesure d’assurer sa fonction de manière répétée.
  • Pouvoir de Coupure en Service (Ics) : C’est la valeur maximale du courant de court-circuit que le disjoncteur est capable d’interrompre et de continuer à fonctionner ensuite de manière répétée. L’Ics est généralement exprimé en pourcentage de l’Icu (par exemple, 50% ou 75% de l’Icu).
• Tension Nominale (Un) : C’est la tension maximale pour laquelle le disjoncteur est conçu pour fonctionner.
• Nombre de Pôles : Indique le nombre de conducteurs que le disjoncteur peut interrompre (monopolaire, bipolaire, tripolaire, tétrapolaire).
• Type de Déclencheur : Thermique (protection contre les surcharges lentes), magnétique (protection contre les courts-circuits instantanés), électronique (offrant des réglages plus précis et des fonctions supplémentaires).

2. Facteurs Clés à Considérer pour le Dimensionnement

Le dimensionnement d’un disjoncteur BT doit prendre en compte plusieurs facteurs essentiels :

• Courant Maximal de Fonctionnement (Ib) : C’est le courant maximal que le circuit protégé est susceptible de transporter en fonctionnement normal. Il est déterminé par la puissance des charges connectées et la tension du réseau.
• Application Spécifique : Le type de charge alimentée (moteur, éclairage, chauffage, prises de courant, etc.) influence le choix du disjoncteur. Par exemple, les moteurs nécessitent des disjoncteurs avec des courbes de déclenchement spécifiques pour gérer les courants de démarrage élevés.
• Conditions d’Installation : La température ambiante, l’altitude et le mode de pose des conducteurs peuvent affecter la capacité de transport de courant des câbles et donc le dimensionnement du disjoncteur.
• Caractéristiques des Conducteurs : La section et le matériau des conducteurs doivent être compatibles avec le courant nominal du disjoncteur pour éviter leur surchauffe.
• Protection Contre les Contacts Indirects : Dans certains cas, le disjoncteur peut également assurer la protection contre les contacts indirects (défaut d’isolement). Cela peut influencer le choix du type de déclencheur (par exemple, avec une protection différentielle intégrée).
• Coordination de la Protection : Il est souvent nécessaire de coordonner les disjoncteurs entre eux (en amont et en aval) pour assurer une sélectivité optimale. Cela signifie que seul le disjoncteur le plus proche du défaut doit déclencher, minimisant ainsi l’interruption de l’alimentation pour le reste de l’installation.
• Normes et Réglementations : Le dimensionnement des disjoncteurs doit être conforme aux normes électriques en vigueur (par exemple, la norme NF C 15-100 en France, les normes IEC internationales).

3. Étapes Détaillées pour le Dimensionnement d’un Disjoncteur BT

Voici une approche méthodique pour dimensionner un disjoncteur BT :

Étape 1 : Calculer le Courant Maximal de Fonctionnement (Ib)

Le courant maximal de fonctionnement du circuit est calculé en fonction de la puissance totale des charges connectées et de la tension du réseau.

• Pour une charge monophasée (P en Watts, U en Volts) : Ib = P / U
• Pour une charge triphasée équilibrée (P en Watts, U en Volts) : Ib = P / (√3 * U)

Il est important de prendre en compte tous les appareils susceptibles de fonctionner simultanément sur le circuit.

Étape 2 : Déterminer le Courant Nominal du Disjoncteur (In)

Le courant nominal du disjoncteur doit être supérieur ou égal au courant maximal de fonctionnement du circuit, en tenant compte d’un coefficient de sécurité. Une règle courante est de choisir un disjoncteur dont le courant nominal est au moins égal à :

In ≥ Ib / k

Où ‘k’ est un coefficient qui tient compte des conditions de fonctionnement et des normes applicables (généralement k est légèrement inférieur à 1, par exemple 0.8 ou 0.9 pour tenir compte d’une utilisation continue à pleine charge). Cependant, dans la pratique, on choisit souvent le calibre normalisé immédiatement supérieur à Ib.

Étape 3 : Vérifier la Capacité de Transport de Courant des Conducteurs (Iz)

La capacité de transport de courant des conducteurs (Iz) doit être supérieure ou égale au courant nominal du disjoncteur (In) :

Iz ≥ In

Cette vérification garantit que les conducteurs ne surchaufferont pas lorsqu’ils seront parcourus par le courant nominal du disjoncteur. La capacité de transport de courant des conducteurs dépend de leur section, de leur matériau, du mode de pose et de la température ambiante. Des tables de valeurs normalisées sont disponibles pour déterminer Iz.

Étape 4 : S’assurer que le Courant Nominal du Disjoncteur est Adapté à la Protection des Conducteurs

Le courant nominal du disjoncteur doit également être inférieur ou égal à la capacité de transport de courant des conducteurs, éventuellement corrigée par des facteurs de correction (température, groupement, etc.) :

In ≤ Iz * Facteurs de Correction

Étape 5 : Choisir le Pouvoir de Coupure Approprié (Icu et Ics)

Le pouvoir de coupure du disjoncteur doit être supérieur au courant de court-circuit maximal présumé au point d’installation du disjoncteur. Le courant de court-circuit présumé est calculé en fonction de l’impédance de la source d’alimentation (transformateur, réseau de distribution) et de l’impédance des conducteurs jusqu’au point de défaut.

• Icu ≥ Icc max (où Icc max est le courant de court-circuit maximal présumé)
• Ics ≥ k * Icu (où ‘k’ est un coefficient défini par les normes, souvent entre 0.25 et 1, en fonction du type de disjoncteur et des normes applicables). Un Ics plus élevé garantit que le disjoncteur peut interrompre plusieurs courts-circuits sans être endommagé.

Le choix entre un Ics plus ou moins élevé dépend de l’application et des exigences de continuité de service.

Étape 6 : Sélectionner le Type de Déclencheur Adapté à l’Application

Le choix du type de déclencheur (thermique, magnétique, électronique) dépend du type de charge et des exigences de protection :

• Déclencheur Thermique : Principalement utilisé pour la protection contre les surcharges lentes.
• Déclencheur Magnétique : Assure une protection rapide contre les courts-circuits.
• Déclencheur Électronique : Offre des réglages plus précis des seuils de déclenchement et des temporisations, ainsi que des fonctions de protection supplémentaires (par exemple, protection contre les défauts à la terre). Ils sont souvent utilisés pour les applications industrielles et les charges complexes.

Pour les moteurs, il est courant d’utiliser des disjoncteurs avec des courbes de déclenchement spécifiques (par exemple, courbe D) qui permettent de supporter les courants de démarrage élevés sans déclencher intempestivement tout en assurant une protection efficace en cas de défaut.

Étape 7 : Vérifier la Coordination et la Sélectivité (si nécessaire)

Dans les installations complexes, il est important de s’assurer que les disjoncteurs sont correctement coordonnés pour garantir la sélectivité. Cela implique de choisir des disjoncteurs avec des caractéristiques de déclenchement telles que seul le disjoncteur le plus proche du défaut intervienne. Des études de sélectivité peuvent être nécessaires pour les installations importantes.

Exemple Pratique Simplifié

Considérons un circuit monophasé alimentant un ensemble de prises de courant avec une puissance totale maximale de 3000 W sous une tension de 230 V.

1. Courant Maximal de Fonctionnement (Ib) : Ib = 3000 W / 230 V ≈ 13.04 A
2. Courant Nominal du Disjoncteur (In) : On choisira un disjoncteur avec un courant nominal immédiatement supérieur à Ib, par exemple 16 A.
3. Capacité de Transport de Courant des Conducteurs (Iz) : Pour un courant de 16 A, des conducteurs en cuivre de section 2,5 mm² (selon le mode de pose et la température ambiante) peuvent généralement convenir. Il faut vérifier les tables de valeurs normalisées.
4. Pouvoir de Coupure (Icu et Ics) : Le pouvoir de coupure nécessaire dépendra du courant de court-circuit présumé au point d’installation. Dans une installation résidentielle typique, un pouvoir de coupure de 6 kA ou 10 kA est souvent suffisant. Il faudra vérifier les calculs spécifiques à l’installation.
5. Type de Déclencheur : Un déclencheur thermique et magnétique standard (courbe C) est généralement approprié pour les prises de courant.

Conclusion

Le dimensionnement des disjoncteurs basse tension est une étape cruciale pour assurer la sécurité et la fiabilité des installations électriques. Il nécessite une compréhension approfondie des caractéristiques des disjoncteurs, des facteurs influençant leur choix et des normes applicables. En suivant une approche méthodique et en tenant compte de tous les éléments pertinents, il est possible de sélectionner le disjoncteur approprié pour chaque application, garantissant ainsi une protection efficace contre les surintensités et les courts-circuits. En cas de doute ou pour des installations complexes, il est toujours recommandé de faire appel à un professionnel qualifié.