Intensité admissible d'une barre omnibus : tableau pour le cuivre et l'aluminium

L’intensité admissible d’une barre omnibus n’est pas un chiffre unique imprimé sur une fiche technique. Pour une barre en cuivre dans des conditions d’appareillage courantes, la valeur de travail se situe autour de 2 à 4 A par mm² de section, et l’écart à l’intérieur de cette plage vient de l’installation, pas du métal. À 3 A/mm², une barre cuivre de 50 × 10 mm transporte environ 1 500 A. La même barre, dans une enveloppe fermée à 55 °C d’ambiance, montée en parallèle avec une seconde et alimentée en 50 Hz, en transporte nettement moins.

Cette page donne le calcul, un tableau directement lisible pour les sections standard et les quatre effets qui éloignent le résultat réel du tableau. Elle est écrite pour celui qui doit signer le plan : le constructeur d’armoires, l’intégrateur de packs batteries, l’ingénieur qui remplace une barre noircie aux connexions.

Un avertissement avant les chiffres. Toutes les valeurs ci-dessous sont des estimations de conception issues d’une densité de courant explicite. Elles ne constituent pas une caractéristique certifiée par essai pour un produit donné, et ne remplacent pas le tableau d’intensité que votre fournisseur publie pour la barre, le revêtement, l’isolation et le mode de fixation exacts que vous achetez.

La réponse courte : des ampères par millimètre carré

La densité de courant est le point de départ honnête, parce qu’elle survit à un changement de section. Choisissez une densité, multipliez par la section, et vous obtenez une première estimation en une ligne :

I ≈ J × S, où J est la densité de courant en A/mm² et S la section de la barre en mm² (largeur × épaisseur).

Deux cas concrets montrent la plage :

• Une barre cuivre de 20 × 5 mm. Section 100 mm². À 3 A/mm² elle transporte environ 300 A. À 4 A/mm² elle en transporte environ 400 A, et cette valeur haute n’est réaliste que sur un trajet court, bien ventilé, avec une barre nue et une ambiance fraîche.
• Une barre cuivre de 100 × 10 mm. Section 1 000 mm². L’arithmétique annonce 3 000 A à 3 A/mm². La réalité dit autre chose : on ne demande presque jamais à une barre unique de cette section de porter plus d’environ 1 600 A dans une armoire réelle, parce que la chaleur doit sortir par une surface qui a beaucoup moins augmenté que le métal à l’intérieur.

Ce deuxième cas explique pourquoi la règle empirique exige tout un article derrière elle. La densité n’est pas une constante du cuivre : elle baisse quand la barre s’épaissit, quand l’armoire se resserre et quand l’ambiance monte.

Les trois limites qui fixent la vraie valeur

Une barre est sous-dimensionnée ou surdimensionnée par rapport à trois limites différentes. Seule la première gouverne en général, mais on ne peut le savoir sans avoir vérifié les trois.

• L’échauffement. C’est normalement la limite déterminante. Les barres cuivre nues en appareillage sont couramment conçues pour un échauffement de 60 à 70 K au-dessus de l’ambiance, et les barres isolées sont tenues par la classe de température de leur isolation, typiquement 90 à 105 °C pour les matériaux utilisés sur barres. La barre doit atteindre son équilibre thermique sous ce plafond à pleine charge, dans l’enveloppe où elle est réellement montée.
• La chute de tension. Sur une barre d’un mètre en 400 V, la chute n’est presque jamais contraignante. Elle le devient sur les longs trajets, sur les liaisons batterie basse tension qui portent des centaines d’ampères, et sur les systèmes 12 ou 24 V où un dixième de volt compte. La vérification est la même que pour un câble : résistivité, longueur, courant et chute tolérable.
• La tenue au court-circuit. Un défaut ne se soucie pas de votre courant permanent. La barre doit supporter le courant de défaut pendant le temps de coupure sans recuire, et la connexion doit supporter les efforts électromagnétiques. Cette limite fixe une section minimale, et sur les tableaux à fort courant de défaut c’est souvent elle qui dimensionne la barre, pas le courant de charge.

Si vous ne dimensionnez que sur le courant permanent, vous rencontrerez tôt ou tard une armoire où la barre est thermiquement correcte et mécaniquement insuffisante.

Tableau cuivre à 2, 3 et 4 A/mm²

Le tableau ci-dessous couvre les sections rectangulaires standard en millimètres. Chaque colonne de courant est calculée comme section × la densité indiquée en tête, ce qui permet de vérifier n’importe quelle ligne à la calculatrice.

Lisez la colonne 4 A/mm² avec méfiance au-delà d’environ 250 mm². Cette densité décrit une barre courte, nue et bien ventilée. Les lignes à partir de 400 mm² sont présentes pour rendre l’arithmétique visible, pas parce qu’une barre unique de cette taille tiendra ce chiffre dans une armoire fermée. Pour ces sections, prenez 2 à 2,5 A/mm² comme valeur de projet, ou passez aux barres en parallèle décrites plus bas.

Aluminium : le même courant dans une barre plus grosse

L’aluminium conduit environ 61 % du cuivre à volume égal. Pour le même courant au même échauffement, une barre aluminium demande environ 1,6 fois la section d’une barre cuivre ; mais comme l’aluminium a environ un tiers de la densité du cuivre, la barre obtenue pèse environ la moitié. Tout l’intérêt de la barre aluminium est là : stockage d’énergie, champs photovoltaïques, et tout assemblage où le poids ou le coût par ampère compte plus que le volume.

En appliquant le facteur 61 % au tableau précédent à 3 A/mm², on obtient la colonne aluminium ci-dessous. Ce sont des valeurs de projet pour une barre nue dans l’air, pas des caractéristiques de catalogue :

Deux différences pratiques comptent plus que l’arithmétique. L’aluminium forme un oxyde isolant en quelques minutes à l’air, donc chaque connexion exige un ponçage et une pâte inhibitrice d’oxyde, ou une platine de contact cuivre ou étain. Et sa dilatation thermique est plus forte que celle du cuivre : c’est pourquoi les jonctions aluminium boulonnées demandent des rondelles à ressort ou un intervalle de resserrage dans le plan de maintenance. Une jonction aluminium correctement serrée à la pose est la connexion desserrée classique deux ans plus tard.

Pourquoi deux barres en parallèle ne valent pas le double

Doubler la section en ajoutant une seconde barre identique ne double pas la capacité. Trois effets mangent le gain :

• Les surfaces intérieures sont masquées. Deux barres proches offrent moins de surface de refroidissement que deux barres écartées, et l’entrefer entre elles est une mauvaise cheminée. Les facteurs de déclassement publiés pour une paire de barres se situent typiquement entre 0,8 et 0,9 de la somme arithmétique, et moins bien quand l’entrefer est inférieur à l’épaisseur de la barre.
• Le courant ne se partage pas également. En alternatif, l’effet de proximité pousse le courant vers les faces extérieures : les deux barres ne partagent pas la charge également. La connexion et la barre qui portent la plus grosse part chauffent plus que ne le suggère la moyenne.
• Les jonctions se multiplient. Chaque barre supplémentaire ajoute deux interfaces boulonnées. C’est là, et non au milieu de la barre, que commence généralement la surchauffe.

Règle pratique : espacez les barres parallèles d’au moins une épaisseur de barre, appliquez un déclassement d’environ 0,85 à la somme, et considérez qu’au-delà d’environ 1 600 A une barre unique n’est plus la bonne réponse. Au-delà, une ventilation forcée, un profil plus large ou un autre système de conducteurs coûtent souvent moins cher qu’une quatrième barre.

Alternatif et continu ne posent pas le même problème

En continu, le courant utilise toute la section, et le tableau ci-dessus vaut ce que vaut le dimensionnement thermique derrière lui. À 50 ou 60 Hz, le courant se concentre près de la surface. La profondeur à laquelle la densité de courant est tombée à environ 37 % de sa valeur en surface est l’épaisseur de peau ; pour le cuivre elle vaut environ 9,3 mm à 50 Hz et 8,5 mm à 60 Hz. Pour l’aluminium, environ 12 mm à 50 Hz.

Comparez avec l’épaisseur de la barre. Une barre de 5 ou 10 mm est plus fine que l’épaisseur de peau : toute la section travaille encore et la pénalité alternative est faible. Une barre de 20 ou 30 mm ne l’est plus : le centre de la barre transporte peu de courant tout en apportant du poids, du coût et de l’inertie thermique. C’est pourquoi les très fortes intensités alternatives se construisent à partir de plusieurs barres fines plutôt qu’une seule épaisse, et pourquoi une barre épaisse peut paraître généreuse sur un plan et chauffer quand même.

La même physique explique une panne de terrain fréquente : une barre prévue pour une liaison batterie en continu est réutilisée sur un départ alternatif de même courant nominal, et la jonction chauffe plus que prévu parce que le courant n’est plus réparti comme le calcul continu le supposait.

Température ambiante et déclassement en armoire

Le tableau suppose un air libre à une ambiance de référence. Placez la même barre dans une armoire fermée sur un toit en été et l’échauffement admissible se réduit, parce que la température plafond est fixée par l’isolation et que le point de départ est monté.

La correction est un rapport, pas un tableau de chiffres magiques. Si une barre est conçue pour un échauffement de 65 K à partir de 40 °C d’ambiance, et que l’armoire tourne en réalité à 55 °C, l’échauffement admissible devient 50 K. Les pertes thermiques d’une barre varient approximativement avec l’écart à l’ambiance ; le courant admissible varie donc approximativement avec la racine carrée du rapport des échauffements : √(50/65) ≈ 0,88, soit environ 12 % de courant en moins pour la même barre.

C’est une approximation d’ingénieur, et elle l’assume. Elle indique la direction et l’ordre de grandeur du déclassement, ce qu’il faut pour juger si le projet a de la marge. Elle ne remplace pas un essai d’échauffement, et elle ne couvre pas une armoire où la barre est la source de chaleur de tout ce qui est au-dessus d’elle.

Effets d’enveloppe à ajouter par-dessus : absence totale de ventilation, poussière ou fibres sur les barres, cheminement dans un caniveau avec d’autres conducteurs chargés, et apport solaire sur une enveloppe extérieure. Chacun de ces facteurs a provoqué plus de barres surchauffées sur le terrain qu’une erreur de densité de courant.

Tenue au court-circuit : la limite que personne ne vérifie

La capacité permanente et la capacité de défaut sont deux calculs séparés, et une barre qui passe le premier peut échouer au second. La vérification adiabatique demande si la barre peut absorber l’énergie de défaut sans dépasser la température que le matériau autorise.

La forme classique est S = I × √t / k, où S est la section requise en mm², I le courant de défaut en ampères, t le temps de coupure en secondes et k une constante de matériau et d’isolation issue de la norme appliquée. Pour le cuivre isolé XLPE, la CEI 60364-5-54 donne k = 143. En inversant sur une barre cuivre de 200 mm² avec un temps de coupure de 0,1 s, on obtient une tenue d’environ 90 kA ; avec 1 s de coupure, seulement environ 29 kA.

Deux conséquences. D’abord, le temps de coupure domine : une barre confortable derrière un fusible rapide ne l’est pas automatiquement derrière un fusible lent. Ensuite, le côté mécanique doit être vérifié séparément : l’effort électromagnétique de crête entre barres parallèles pendant un défaut, et la résistance des supports. Une barre peut passer le contrôle thermique et être malgré tout arrachée de ses isolateurs.

Comment une barre est réellement qualifiée (CEI 61439)

Dans un ensemble couvert par la CEI 61439, le courant qu’une barre peut transporter ne s’établit pas par le seul calcul. L’échauffement se vérifie soit par essai sur un montage représentatif, soit par comparaison avec une conception de référence qualifiée selon les règles de la norme. C’est pourquoi deux fournisseurs peuvent annoncer des valeurs différentes pour des barres géométriquement identiques : ce qui change, c’est l’enveloppe, le montage, le revêtement et les preuves d’essai derrière le chiffre.

Pour un acheteur, cela change la question à poser. Ne demandez pas seulement une intensité. Demandez l’intensité avec ses conditions : température ambiante, type d’enveloppe, orientation de montage, nombre de barres par phase, et si la valeur est qualifiée par essai de type ou calculée. Une intensité sans conditions est un argument commercial, et ce sera la source du litige quand l’armoire chauffera au premier été.

Ce qu’il faut mettre sur le plan avant de demander un prix

Précisez ces huit points et la conversation commerciale devient courte :

• Le courant permanent par phase, et si ce chiffre inclut déjà une réserve d’extension.
• La tension et la fréquence du réseau, plus le courant de défaut et le temps de coupure pour la vérification de tenue.
• La section et le matériau, en largeur × épaisseur en millimètres, avec cuivre ou aluminium indiqué explicitement plutôt que laissé au fournisseur.
• Le revêtement — nu, étamé, argenté ou nickelé — et si le revêtement couvre seulement la zone de connexion ou toute la barre.
• L’isolation, le cas échéant : revêtement époxy, gaine thermorétractable, ou barre laminée avec un diélectrique spécifié.
• Le façonnage et les perçages, sous forme de plan : rayon de cintrage, diamètre et pas des trous, et quelle face doit rester plane.
• Les conditions d’ambiance et d’enveloppe : intérieur ou extérieur, ventilation, température maximale que verra l’armoire.
• La quantité et le conditionnement, la plupart des commandes de barres étant des affaires de projet avec une liste de cintrages plutôt qu’une référence de catalogue.

Un plan qui contient ces huit points se chiffre sans série de questions, et les litiges à la réception deviennent rares parce que les conditions ont voyagé avec le chiffre.

Les barres rigides de la gamme YOMIN

YOMIN fournit des barres omnibus dans les formats que les constructeurs d’armoires et les intégrateurs de packs achètent habituellement : barre rigide en cuivre ou en aluminium, isolée ou nue, réalisée sur plan. Deux articles couvrent la majorité des demandes qui suivent cet article :

La barre omnibus plate cuivre à forte intensité, isolée (référence ym-0443) est une barre rigide en cuivre ou en aluminium avec isolation, proposée à partir de 50 pièces et destinée aux installations fixes, aux packs batteries et aux appareillages.

La barre omnibus rigide en cuivre personnalisée par le fabricant (référence ym-0458) est la version sur plan pour les installations fixes, les packs batteries et les appareillages, à partir de 100 pièces.

Ce sont les matières, types et quantités publiés pour ces articles. L’intensité n’est pas publiée comme un chiffre unique, et c’est volontaire : elle dépend des conditions dans votre enveloppe. Envoyez le plan, le courant par phase, l’ambiance et le courant de défaut, et l’intensité est chiffrée pour cette configuration plutôt que pour une page de catalogue. La gamme complète se trouve sous barres rigides et barres aluminium ; pour l’arbitrage des matières en détail, voir le guide des barres cuivre et les bases de conception des barres.

Questions fréquentes

Combien d’ampères une barre omnibus cuivre transporte-t-elle par mm² ?

En valeur de projet, 2 à 4 A/mm², avec 3 A/mm² comme milieu raisonnable pour une barre à l’air libre et 2 à 2,5 A/mm² pour une barre en armoire fermée ou au-delà de 400 mm². C’est une estimation de conception : l’intensité utilisable dépend de l’ambiance, de l’enveloppe, du montage et de l’isolation, et doit venir du tableau du fournisseur ou d’un essai d’échauffement.

Une barre cuivre de 50 × 10 mm suffit-elle pour 1 500 A ?

Sur le papier oui : 500 mm² à 3 A/mm² font 1 500 A. Dans votre armoire, cela dépend de l’ambiance et de l’enveloppe. Une armoire fermée à 55 °C, ou deux barres en parallèle avec un entrefer étroit, font descendre la valeur utilisable nettement sous 1 500 A. Vérifiez le déclassement avant de figer le plan.

Quelle intensité une barre aluminium transporte-t-elle par rapport au cuivre ?

Environ 61 % de la valeur du cuivre à section égale, l’aluminium conduisant environ 61 % aussi bien en volume. Pour égaler une barre cuivre il faut environ 1,6 fois la section, pour un poids encore à peu près deux fois plus faible. La préparation des connexions compte davantage avec l’aluminium à cause de la couche d’oxyde.

Pourquoi ma barre chauffe-t-elle aux connexions et pas au milieu ?

Parce que le problème est généralement la résistance de contact, pas celle de la barre. Boulons insuffisamment serrés, surface aluminium non préparée, revêtements incompatibles ou connexion desserrée par les cycles thermiques ajoutent de la résistance à un endroit où la surface de dissipation est très faible. Mesurez la température à la connexion sous charge et comparez-la à celle du milieu de la barre.

Faut-il vérifier la tenue au court-circuit en plus du courant permanent ?

Oui. Ce sont deux limites séparées. Le courant permanent fixe la température de service ; le courant de défaut fixe la section minimale et la robustesse des supports. Une barre dimensionnée seulement pour le courant de charge peut passer le contrôle thermique lors d’un défaut et être quand même arrachée de ses isolateurs, ou recuire à la connexion.