Calcul du courant de court-circuit : intensité, tenue et protection

Le courant de court-circuit est le courant qui circule lorsqu'un conducteur actif touche un autre conducteur ou la terre à travers une impédance proche de zéro. Aux bornes d'un transformateur de distribution, il se calcule à partir de la puissance et de la tension de court-circuit : Icc = S / (√3 × U × u_k). Un transformateur de 1000 kVA à 400 V avec 6 % d'impédance débite donc environ 24 kA en défaut franc — et chaque appareil et conducteur en aval doit tenir ce chiffre.

D'où vient le courant de défaut

Le courant de défaut est limité par l'impédance entre la source et le défaut. En basse tension, cette chaîne comporte quatre éléments : le réseau amont, le transformateur, la liaison par jeux de barres ou câble, et les raccordements. Le transformateur domine, parce que son impédance est volontairement fixée à quelques pour cent pour que la tension tienne en charge. L'impédance des câbles ne devient significative que sur les longues distances ou les faibles sections.

Les moteurs s'ajoutent au total. Un moteur asynchrone en marche se comporte brièvement comme un générateur et alimente le défaut voisin, généralement de plusieurs fois son courant nominal pendant les premiers cycles. Pour un tableau alimentant une forte charge motrice, ignorer cet apport sous-estime l'intensité de défaut au jeu de barres.

Le calcul pour un tableau alimenté par transformateur

La forme courte suppose que le transformateur est la seule impédance significative. Avec S en voltampères, U en volts et u_k en valeur relative :

Icc (triphasé) = S / (√3 × U × u_k)    et    l'Icc phase-neutre est généralement plus faible, car il dépend du couplage du transformateur et du chemin homopolaire.

Pour 1000 kVA à 400 V avec u_k = 0,06 : Icc = 1 000 000 / (1,732 × 400 × 0,06) = 24 056 A, soit environ 24 kA. Ce seul chiffre fixe le pouvoir de coupure de l'appareil d'arrivée et la tenue du jeu de barres.

La tension de court-circuit figure sur la plaque du transformateur et n'est pas toujours de 6 %. Un transformateur à 4 % de même puissance produit environ 50 % de courant de défaut en plus : recopier un chiffre d'un autre projet est la façon la plus courante de sous-dimensionner un tableau.

Valeur efficace, valeur crête et usage de chacune

La valeur calculée ci-dessus est le courant efficace symétrique. C'est elle qui sert à choisir le pouvoir de coupure, car l'appareil doit couper ce courant au passage par zéro de la tension. Mais la première crête est plus élevée, à cause de la composante apériodique présente dans les premiers cycles.

En basse tension, la crête est couramment approchée par 2,55 fois la valeur efficace, ce qui correspond à un facteur de crête d'environ 1,8. Un défaut de 24 kA présente donc une première crête proche de 61 kA. Appareillage, supports de jeux de barres et porte-fusibles doivent tenir cette crête sans déformation, même s'ils n'ont jamais à la couper.

• Icu / pouvoir de coupure — courant efficace qu'un appareil peut couper en sécurité. Doit dépasser l'Icc présumé à ses bornes.
• Icw — courant de courte durée admissible, que le jeu de barres ou le tableau transporte pendant une durée donnée (souvent 1 s) sans dommage. Concerne les jeux de barres et les tableaux, pas les fusibles.
• Ipk — tenue crête. L'épreuve mécanique : supports et raccordements résistent-ils à l'effort électromagnétique de la première crête ?

La vérification thermique du câble et du jeu de barres

Un conducteur n'a pas à couper le défaut, mais il doit survivre aux quelques dixièmes de seconde avant que la protection n'agisse. Le contrôle adiabatique compare l'énergie laissée passer à ce que le conducteur peut absorber : k²S² ≥ I²t, où S est la section en mm², t le temps de coupure en secondes et k une constante de matériau et d'isolant — environ 115 pour le cuivre isolé PVC et 143 pour le cuivre isolé XLPE.

Conséquence pratique : une petite section alimentée par un tableau puissant peut échouer à ce contrôle alors qu'elle satisfait à la chute de tension et au courant admissible. Avec 24 kA et une fusion en 0,01 s, un conducteur cuivre PVC de 10 mm² subit I²t = 24 000² × 0,01 = 5,76 × 10⁶ A²s pour une tenue de 115² × 10² = 1,32 × 10⁶ A²s. Le conducteur perd, et la section doit augmenter.

Protection : pouvoir de coupure et sélectivité

Tout appareil de protection possède un pouvoir de coupure nominal, qui doit au moins égaler l'Icc présumé à son point d'installation. Un appareil de 6 kA dans un tableau où l'Icc atteint 24 kA n'est pas seulement insuffisant : il peut éclater, créer un arc à travers l'enveloppe et transformer un défaut en accident.

Les fusibles résolvent bien ce problème, car leur pouvoir de coupure est élevé par rapport à leur taille. Un fusible NH à lames, dans un porte-fusible adapté, coupe des dizaines de kiloampères dans un volume très inférieur à celui d'un disjoncteur équivalent. C'est pourquoi les fusibles NH restent la référence pour les arrivées et départs principaux des tableaux industriels, et pourquoi le porte-fusible et le fusible doivent être commandés ensemble : c'est l'ensemble, et non le fusible seul, qui porte le pouvoir de coupure.

La sélectivité est la seconde exigence. L'appareil le plus proche du défaut doit le couper en premier, pour qu'un défaut sur un départ ne fasse pas tomber l'arrivée générale. La sélectivité fusible-fusible se lit dans les tables de ratios publiées ; la coordination fusible-disjoncteur exige en général les courbes du constructeur. Si vous hésitez encore entre familles d'appareils, la comparaison fusible et disjoncteur traite des compromis, et le guide de choix des protections détaille calibre, tension et coordination.

L'Icc au tableau n'est pas l'Icc à la charge

Un défaut de 24 kA au jeu de barres principal peut nêtre que de 6 kA au bout d'un départ de 60 m. Deux erreurs découlent de l'oubli de ce fait. Dimensionner tous les appareils de l'usine pour 24 kA coûte cher ; les dimensionner tous pour 6 kA parce que c'est la valeur en bout de ligne est dangereux. L'Icc doit être calculé en chaque point où se trouve un appareil, et la valeur la plus élevée dans l'enveloppe commande l'enveloppe.

L'erreur inverse compte aussi. Un départ long et de faible section peut présenter un courant de défaut trop faible pour que la protection déclenche dans le temps requis, laissant le défaut brûler. C'est pourquoi l'impédance de boucle maximale se vérifie en même temps que le pouvoir de coupure : l'appareil doit voir le défaut, pas seulement le supporter.

Ce qu'il faut transmettre pour spécifier la protection

1. Tension et fréquence du réseau, et mode de mise à la terre : au transformateur ou par impédance.
2. Puissance du transformateur et tension de court-circuit relevées sur la plaque — pas un 6 % supposé.
3. Icc présumé au point d'installation, ou les données permettant de le calculer.
4. Le service demandé : protection contre les surcharges seule, ou coupure de court-circuit complète.
5. L'exigence de sélectivité : quel appareil doit couper en premier et avec quel appareil amont il doit se coordonner.
6. Pour les jeux de barres et l'appareillage, l'Icw et l'Ipk requis et la durée de l'essai de tenue.

Produits pour service de court-circuit

YOMIN fournit le matériel de protection auquel ce calcul aboutit, notamment le fusible NH00 à lames en cuivre pour les tableaux basse tension, le fusible solaire NH1 courant continu pour les chaînes PV où l'arc continu ne s'éteint pas seul, et le porte-fusible renforcé type J 300 A pour les arrivées de branchement.

Les détails qui décident si l'ensemble tient son pouvoir de coupure sont peu spectaculaires : le porte-fusible doit être adapté au corps du fusible et au niveau de défaut, les contacts doivent être propres et serrés au couple prescrit, et la tension continue d'un fusible PV doit être vérifiée séparément de sa tension alternative, car un arc continu n'a pas de passage par zéro pour l'éteindre.

Questions fréquentes

Quel courant de court-circuit rencontre-t-on dans un tableau basse tension ?

Il découle directement du transformateur. À 400 V avec 6 % d'impédance, un transformateur de 630 kVA donne environ 15 kA, un 1000 kVA environ 24 kA et un 2000 kVA environ 48 kA. C'est la tension de court-circuit de la plaque, et non la puissance seule, qui fixe le chiffre.

Pourquoi la valeur crête est-elle supérieure à la valeur efficace calculée ?

Parce que le courant de défaut commence par une composante apériodique qui décroît sur les premiers cycles. En basse tension, la première crête est couramment prise égale à 2,55 fois la valeur efficace, et le matériel doit tenir cette crête mécaniquement.

Un fusible a-t-il besoin d'un pouvoir de coupure si le disjoncteur en amont en possède un ?

Oui. Tout appareil susceptible de porter le courant de défaut doit pouvoir le couper ou être protégé par un appareil qui le coupe. Un fusible dont le pouvoir de coupure est inférieur à l'Icc présumé peut éclater, et le porte-fusible fait partie de cette caractéristique.

Comment la longueur de câble modifie-t-elle l'Icc ?

Elle ajoute de l'impédance. Doubler la longueur divise à peu près l'Icc par deux sur un long départ : un appareil adapté au tableau peut donc être surdimensionné ou incapable de déclencher en bout de ligne. Calculez en chaque point d'installation.