Chapitre 08 · Sujet 3 sur 4
Indices IP / IK et échauffement
Lire les indices de protection IP et IK, choisir une enveloppe adaptée au local et maîtriser l'échauffement d'un tableau.
Niveau 1
L'essentiel
- L'indice IP indique la protection contre les corps solides (premier chiffre) et contre l'eau (deuxième chiffre).
- L'indice IK indique la résistance aux chocs mécaniques, de IK00 à IK10.
- Plus le local est humide, poussiéreux ou exposé, plus l'enveloppe doit avoir des indices élevés.
- Un tableau chauffe : chaque appareil et chaque connexion dissipe de la chaleur. Un serrage mal fait chauffe beaucoup plus.
- Une enveloppe très étanche évacue moins bien la chaleur : il faut trouver l'équilibre.
Comprendre
L'indice IP
Il s'écrit IP suivi de deux chiffres (norme EN 60529).
| Premier chiffre | Protection contre les solides | Deuxième chiffre | Protection contre l'eau |
|---|---|---|---|
| 2 | doigt (objet de 12,5 mm) | 0 | aucune |
| 3 | outil de 2,5 mm | 1 | gouttes verticales |
| 4 | fil de 1 mm | 3 | pluie |
| 5 | protégé contre la poussière | 4 | projections |
| 6 | étanche à la poussière | 5 | jets d'eau |
Un X remplace un chiffre non précisé : IP2X signifie « protégé contre l'accès du doigt », sans indication pour l'eau. Une lettre supplémentaire (par exemple IPXXB) indique la protection des personnes contre l'accès aux parties dangereuses, notamment derrière la porte d'un tableau.
Le RGIE relie ces chiffres au local : par exemple au moins IPX4 dans un local mouillé, IP5X là où la poussière peut pénétrer.
L'indice IK
Il indique l'énergie d'un choc que l'enveloppe supporte : IK07 correspond à 2 joules, IK08 à 5 joules, IK10 à 20 joules. Le RGIE ne donne pas de valeur IK : il demande une protection adaptée aux chocs prévisibles. Dans un couloir d'école, un parking ou un local accessible au public, un tableau peut recevoir des coups : on choisit un IK élevé.
L'échauffement
Le courant qui traverse un conducteur produit de la chaleur (effet Joule, P = R × I²). Dans un tableau, toute cette chaleur reste enfermée. Si la température devient trop élevée, les appareils déclenchent sans raison, les isolants vieillissent et un incendie peut se déclarer. Une connexion mal serrée a une résistance plus grande : elle devient un point chaud. Voir aussi L'appareillage modulaire et de puissance.
Sur le terrain
Dans un parking souterrain à Anderlecht, le tableau de l'éclairage et des ventilateurs est fixé contre un mur près de la rampe. Le local est humide, poussiéreux et les véhicules passent tout près. L'électricien choisit un coffret IP65 IK10 au lieu du coffret IP30 utilisé dans les bureaux. Lors de la maintenance, il contrôle aussi les connexions avec une caméra thermique : un bornier est nettement plus chaud que les autres. Il planifie l'intervention, met le tableau hors tension et le consigne, puis resserre le bornier au couple prescrit.
Erreurs fréquentes
- Percer le fond ou le dessus d'un coffret étanche pour passer des câbles sans presse-étoupes : l'indice IP est perdu.
- Croire qu'un IP élevé suffit contre les chocs : l'IK est une autre caractéristique.
- Laisser la porte d'un tableau ouverte sans obturateurs : des parties sous tension deviennent accessibles.
- Ne pas resserrer les connexions de puissance après la mise en service ou ne pas respecter le couple de serrage.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Le choix IP/IK découle des influences externes du local (présence d'eau, de poussière, chocs, personnes présentes).
- Le bilan thermique d'un tableau additionne les pertes de chaque appareil et des conducteurs, au courant réellement prévu.
- Les pertes varient avec le carré du courant : un appareil chargé à 80 % ne dissipe que 64 % de ses pertes nominales.
- Si l'enveloppe ne peut évacuer la chaleur, on agrandit l'enveloppe, on la ventile ou on la climatise.
Approfondir
Influences externes
Le RGIE classe les conditions d'environnement des locaux (codes AA à CB) et en déduit des exigences minimales pour le matériel (RGIE, Livre 1, 5.3.2). On part du local, on en déduit les influences externes, puis l'indice minimal.
| Présence d'eau (tableau 5.4) | IP minimal | Corps solides (tableau 5.5) | IP minimal |
|---|---|---|---|
| AD1 négligeable | IPX0 | AE1 grande dimension | IP2X ou IP0X |
| AD2 temporairement humide | IPX1 | AE2 dès 2,5 mm | IP3X |
| AD3 humide | IPX3 | AE3 dès 1 mm | IP4X |
| AD4 mouillé | IPX4 | AE4 poussière pouvant pénétrer | IP5X |
| AD5 arrosé | IPX5 | AE4 étanchéité nécessaire | IP6X |
| AD6 paquets d'eau | IPX6 | ||
| AD7 immergé, AD8 submergé | IPX7, IPX8 |
Pour les chocs, AG1 admet du matériel de type domestique ; en AG2 ou AG3, le RGIE exige une protection répondant aux contraintes prévisibles, sans fixer d'IK (RGIE, Livre 1, 5.3.2.5) : l'IK est un choix de projet à justifier. Pour la température, une ambiance de −5 °C à +40 °C (AA4) admet du matériel normal (tableau 5.2). Dans les lieux accessibles au public, le tableau doit en outre être conforme aux normes qui le concernent (RGIE, Livre 1, 5.3.5.1). Pour un tableau, il faut considérer l'indice porte fermée et porte ouverte, car l'exploitant manœuvre les appareils porte ouverte.
Pertes dans un tableau
Les fabricants donnent les pertes de chaque appareil au courant assigné (en W par pôle). Comme P = R × I², la perte réelle vaut :
P réelle = P assignée × (Ib / In)²
On additionne les pertes des appareils, des jeux de barres, des répartiteurs et des câbles internes, puis on compare au pouvoir de dissipation de l'enveloppe, donné par le fabricant ou établi lors de la vérification d'échauffement selon EN 61439.
Facteur de diversité assigné
Tous les départs d'un tableau ne sont pas chargés à leur courant assigné en même temps. La série EN 61439 introduit un facteur de diversité assigné (RDF) pour en tenir compte. Il ne remplace pas le bilan : il en est la traduction dans la vérification de l'ensemble.
Ventilation forcée
Si la dissipation naturelle ne suffit pas, on ventile. Le débit d'air nécessaire se déduit de la capacité thermique de l'air :
Q = P / (ρair × cp × ΔT)
avec ρair ≈ 1,2 kg/m³ et cp ≈ 1005 J/(kg·K), soit ρair × cp ≈ 1206 J/(m³·K). En m³/h : Q ≈ 3,0 × P / ΔT (P en W, ΔT en K). ΔT est l'écart admis entre l'air entrant et l'air sortant. La ventilation suppose un air ambiant propre et pas trop chaud ; sinon on choisit un échangeur ou un climatiseur d'armoire.
Effet de la température ambiante
La température de l'air dans le tableau influence les déclencheurs thermiques et le courant admissible des conducteurs. Les fabricants donnent des coefficients de déclassement : un disjoncteur dans un tableau chaud déclenche plus tôt. Voir Choisir la protection : Ib ≤ In ≤ Iz pour l'effet sur les câbles.
Exemple chiffré
1. Pertes dans un conducteur. Une liaison interne en cuivre de 16 mm², longueur 1 m, transporte 63 A. R = ρ × L / S = 0,0172 × 1 / 16 ≈ 0,001075 Ω. P = R × I² = 0,001075 × 63² ≈ 4,27 W par conducteur. À 50 A, P = 0,001075 × 50² ≈ 2,69 W : le courant baisse de 21 %, les pertes de 37 %.
2. Débit de ventilation. Le bilan d'une armoire donne 400 W de pertes. On admet un ΔT de 10 K entre entrée et sortie d'air.
Q = 400 / (1206 × 10) ≈ 0,0332 m³/s, soit 0,0332 × 3600 ≈ 119 m³/h.
On choisit un ventilateur dont le débit réel, avec les grilles et filtres montés, dépasse 119 m³/h (le débit en catalogue est souvent donné à soufflage libre, il chute avec un filtre).
Erreurs fréquentes
- Calculer les pertes au courant assigné de tous les appareils au lieu du courant réellement prévu, ou l'inverse en oubliant les départs fortement chargés.
- Choisir le ventilateur sur son débit à soufflage libre sans tenir compte du filtre.
- Placer une entrée d'air en haut et une sortie en bas : l'air chaud monte, l'entrée doit être en bas.
- Oublier que l'indice IP porte ouverte peut être nettement plus faible que porte fermée.
- Ignorer le déclassement des disjoncteurs dans une armoire chaude.