Chapitre 07 · Sujet 4 sur 6
Le courant de court-circuit
Estimer le courant de court-circuit maximal (pour le pouvoir de coupure) et minimal (pour le déclenchement en bout de ligne) en un point de l'installation.
Niveau 1
L'essentiel
- Un court-circuit est une liaison accidentelle de très faible résistance entre deux conducteurs actifs (ou entre une phase et la masse en schéma TN) : le courant devient énorme.
- Le courant de court-circuit (Icc) est le plus élevé près de la source (transformateur, TGBT) et diminue en s'éloignant.
- Icc maximal : la protection doit être capable de le couper sans exploser. C'est son pouvoir de coupure.
- Icc minimal (en bout de ligne) : la protection doit le détecter et couper rapidement. Un câble trop long peut l'empêcher.
- Le seuil de déclenchement magnétique d'un disjoncteur dépend de sa courbe : B (3 à 5 × In), C (5 à 10 × In), D (10 à 20 × In).
Comprendre
Deux questions, deux valeurs
Au moment d'un court-circuit, seule l'impédance des câbles et du réseau limite le courant. On calcule donc deux valeurs :
- L'Icc le plus grand, à l'endroit où est installé le disjoncteur (souvent juste à sa sortie). On vérifie que le pouvoir de coupure du disjoncteur est au moins égal. Un disjoncteur dépassé peut ne pas couper, voire éclater.
- L'Icc le plus petit, au bout du circuit (court-circuit à la dernière prise). On vérifie que ce courant fait déclencher la partie magnétique du disjoncteur, c'est-à-dire la coupure instantanée.
Les courbes de déclenchement
Un disjoncteur modulaire porte une lettre devant son calibre (B16, C16, D16). Pour être sûr qu'il coupe instantanément, le courant de défaut doit dépasser le haut de sa plage :
- B16 : jusqu'à 5 × 16 = 80 A ;
- C16 : jusqu'à 10 × 16 = 160 A ;
- D16 : jusqu'à 20 × 16 = 320 A.
Le calcul simplifié
Pour un circuit monophasé : Icc ≈ U0 / Z boucle, avec U0 = 230 V et Z boucle l'impédance de l'aller et du retour, depuis la source jusqu'au défaut. Le calculateur de courant de court-circuit fait ce calcul.
Sur le terrain
Lors de la réception d'un bureau à Saint-Gilles, l'électricien mesure, à la prise la plus éloignée d'un circuit protégé par un C16, l'impédance de la boucle de court-circuit (phase-neutre, ou phase-phase en 3 × 230 V) : 0,9 Ω. Icc ≈ 230 / 0,9 ≈ 256 A, supérieur à 160 A : le disjoncteur coupera instantanément. Sur un autre circuit, très long, il mesure 1,8 Ω : Icc ≈ 128 A, inférieur à 160 A. Ce circuit doit être corrigé (section plus grande, circuit plus court ou disjoncteur courbe B si les appareils le permettent). Voir mesures et essais.
Erreurs fréquentes
- Installer dans un TGBT des disjoncteurs modulaires de faible pouvoir de coupure, prévus pour le résidentiel (où le RGIE limite justement à 3 000 A l'Icc présumé monophasé aux bornes aval des premières protections placées après le différentiel général).
- Choisir un disjoncteur courbe D pour un circuit long, sans vérifier l'Icc minimal.
- Croire que le calibre (16 A) indique le courant de court-circuit qu'il peut couper.
- Oublier qu'un circuit rallongé lors d'une transformation diminue l'Icc en bout de ligne.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Icc max au départ d'un tableau → choix du pouvoir de coupure (Icu pour un disjoncteur industriel, Icn pour un disjoncteur modulaire) ou recours à la filiation.
- Icc min en bout de ligne → déclenchement du magnétique (ou fusion du fusible dans le temps requis), y compris pour la protection contre les contacts indirects en schéma TN, où le temps est donné par la courbe de sécurité du RGIE.
- Pour l'Icc max, on prend les impédances les plus faibles (câbles froids) ; pour l'Icc min, les plus élevées (câbles chauds, résistivité en service).
- Près d'un transformateur, Icc ≈ In transformateur × 100 / ucc %, si l'on néglige le réseau amont et les liaisons.
- Le câble doit aussi supporter la contrainte thermique du court-circuit jusqu'à la coupure.
Approfondir
Icc maximal au secondaire d'un transformateur
In_tr = S / (√3 × U). La tension de court-circuit ucc (en %) est la tension qu'il faut appliquer au primaire pour faire circuler In au secondaire en court-circuit. D'où, en négligeant le réseau haute tension et les liaisons :
Icc3 ≈ In_tr × 100 / ucc
Cette valeur est majorante. Le réseau amont et le câble transformateur → TGBT la réduisent. Voir le transformateur. Pour un raccordement basse tension, l'impédance ou l'Icc au point de raccordement est une donnée à demander au gestionnaire de réseau.
Icc minimal en bout de ligne
On considère un court-circuit phase-neutre (3N 400 V) ou entre deux phases d'un circuit 230 V (3 × 230 V). Dans les deux cas, U = 230 V et :
Icc min ≈ U0 / (Z amont + R ligne), avec R ligne = 2 × ρ × L / S (aller + retour)
On prend ρ en service (0,0225 pour le cuivre) pour se placer du côté défavorable. Z amont est l'impédance de boucle mesurée ou calculée au tableau d'origine du circuit. Certaines méthodes ajoutent un coefficient réducteur de tension pour couvrir les incertitudes : il va dans le sens de la sécurité.
Condition : Icc min ≥ seuil haut du magnétique (B : 5 × In, C : 10 × In, D : 20 × In ; pour un disjoncteur industriel, Im réglé + tolérance du fabricant). Le RGIE formule les mêmes vérifications (Livre 1, 5.3.5.5 h) : pour un disjoncteur, Icc min ≥ Ia, et jusqu'à l'Icc présumé maximal, l'énergie I²t laissée passer reste sous la contrainte admissible du câble ; pour un fusible, Icc min ≥ IF, IF étant lu sur la courbe de fusion. Le pouvoir de coupure doit être au moins égal à l'Icc présumé au point d'installation (4.4.2.1), sauf filiation (4.4.1.3).
Longueur maximale protégée : L max = (U0 / Im − Z amont) × S / (2 × ρ). Le RGIE renvoie pour ces longueurs aux règles de l'art (4.4.2.2 c).
Lien avec les contacts indirects
En schéma TN, un défaut phase-masse est un court-circuit. Le RGIE ne fixe pas de temps forfaitaire : la protection doit couper avant le temps donné par la courbe de sécurité (tableau 2.4) pour la tension de contact présumée, ce qui se vérifie par I ≤ U0 / Z, I étant le courant de fonctionnement du dispositif dans ce temps et Z l'impédance de la boucle de défaut (4.2.3.4 b.2). Un déclenchement magnétique y satisfait dans les cas courants (les schémas TN). La boucle passe alors par le conducteur PE, dont la section intervient dans le calcul.
Contrainte thermique
Pendant le court-circuit, le câble s'échauffe. Pour une durée jusqu'à 5 s, le RGIE (4.4.2.1) donne le temps admissible t = (k × S / I)², soit I² × t ≤ k² × S², où k dépend du métal et de l'isolant (ordre de grandeur pour le cuivre : 115 sous PVC, 143 sous XLPE, valeurs du tableau 5.9 pour un conducteur de protection incorporé à un câble). Les disjoncteurs et fusibles limiteurs réduisent fortement I² × t : les fabricants publient des courbes d'énergie traversante.
Exemple chiffré
1. Icc max au TGBT. Transformateur 630 kVA, 400 V, ucc = 4 %.
- In_tr = 630 000 / (1,732 × 400) ≈ 909 A.
- Icc3 ≈ 909 × 100 / 4 ≈ 22,7 kA (valeur majorante).
- Les disjoncteurs de tête du TGBT doivent avoir un pouvoir de coupure au moins égal (par exemple 25 kA), sauf filiation documentée (sélectivité et filiation). Le courant de court-circuit présumé maximal est aussi inscrit sur le repérage du tableau (RGIE, Livre 1, 3.1.3.3 b).
2. Icc min en bout de circuit. Circuit 230 V en 2,5 mm² cuivre, L = 40 m, Z amont mesuré au TD = 0,15 Ω, ρ = 0,0225.
- R ligne = 2 × 0,0225 × 40 / 2,5 = 0,72 Ω.
- Icc min ≈ 230 / (0,15 + 0,72) ≈ 264 A.
- B16 (80 A) : conforme. C16 (160 A) : conforme. D16 (320 A) : non conforme.
3. Longueur maximale pour un C16 (Im = 160 A) : L max = (230 / 160 − 0,15) × 2,5 / (2 × 0,0225) ≈ 71,5 m. Pour un B16 (80 A) : ≈ 151 m. Ces résultats se vérifient avec les calculateurs résistance et court-circuit.
Erreurs fréquentes
- Calculer l'Icc minimal avec ρ à 20 °C : résultat trop optimiste.
- Oublier le retour (facteur 2) dans la résistance de boucle.
- Prendre l'Icc au TGBT pour choisir le pouvoir de coupure d'un TD éloigné, ou l'inverse.
- Négliger Z amont dans un TD éloigné du TGBT.
- Confondre Icu (pouvoir de coupure ultime) et Ics (pouvoir de coupure de service) dans les fiches techniques.