Formules de Calcul de Chute de Tension Expliquées

Fondements : Loi d'Ohm

Tous les calculs de chute de tension sont basés sur la loi d'Ohm, l'une des relations les plus fondamentales en ingénierie électrique. Découverte par Georg Ohm en 1827, cette loi établit la relation directe entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique. Comprendre ce fondement est essentiel avant de se plonger dans les formules plus complexes utilisées dans la conception électrique professionnelle.

Dans le contexte de la chute de tension, nous appliquons cette loi aux conducteurs eux-mêmes. Un conducteur agit comme une résistance (bien que petite), et le courant qui le traverse crée une chute de tension le long de sa longueur. C'est pourquoi nous pouvons calculer la chute de tension en multipliant le courant par la résistance totale du conducteur.

Formule de Chute de Tension Monophasée et CC

Pour les circuits monophasés à courant alternatif et les circuits à courant continu, la formule de chute de tension tient compte du fait que le courant circule à travers les conducteurs aller et retour. C'est pourquoi nous multiplions par 2 - la longueur totale du circuit comprend les deux conducteurs dans le chemin du circuit.

Le facteur 2 représente le chemin aller-retour du courant. Le courant circule de la source vers la charge à travers un conducteur, puis revient par un autre conducteur. Les deux conducteurs contribuent à la chute de tension totale. La division par 1000 convertit les unités de résistance d'ohms par 1000 pieds pour correspondre à notre longueur en pieds.

Formule de Chute de Tension Triphasée

Les systèmes triphasés utilisent un multiplicateur différent en raison de la relation de phase de 120° entre les conducteurs. Au lieu de multiplier par 2, nous utilisons √3 (environ 1,732). Ce facteur tient compte des relations vectorielles entre les phases dans un système triphasé équilibré.

Dans un système triphasé équilibré, les courants dans les trois conducteurs sont égaux en amplitude mais déphasés de 120°. Le facteur √3 provient de l'addition vectorielle des tensions dans la configuration triphasée. Pour les calculs de tension ligne à ligne, ce facteur tient correctement compte de la relation entre les quantités de phase et de ligne.

Chute de Tension en Pourcentage

Bien que la chute de tension absolue en volts soit utile, la chute de tension en pourcentage fournit un moyen standardisé d'évaluer les performances du circuit indépendamment de la tension du système. Les recommandations NEC sont exprimées en pourcentages, ce qui en fait la forme la plus pratique de vérification de conformité.

Une chute de 3% à 120V équivaut à 3,6 volts, tandis que 3% à 480V équivaut à 14,4 volts. L'expression en pourcentage permet des comparaisons directes et une vérification de conformité indépendamment des niveaux de tension impliqués.

Valeurs de Résistance : NEC Chapitre 9, Tableau 8

Les valeurs de résistance des conducteurs utilisées dans les calculs de chute de tension proviennent du NEC Chapitre 9, Tableau 8. Ce tableau fournit des valeurs de résistance CC pour les conducteurs en cuivre et en aluminium à 75°C. Pour la plupart des calculs pratiques de chute de tension utilisant des formules simplifiées, ces valeurs de résistance CC offrent une précision acceptable.

Ces valeurs représentent la résistance CC. Pour les circuits CA, en particulier avec de gros conducteurs ou des hautes fréquences, la résistance effective peut être légèrement plus élevée en raison de l'effet de peau et de l'effet de proximité. Cependant, pour les circuits de distribution typiques en dessous de 600V, ces effets sont minimes et les valeurs du Chapitre 9, Tableau 8 fournissent une précision de conception adéquate.

Facteurs de Correction de Température

La résistance du conducteur varie avec la température. Les valeurs du Tableau 8 NEC sont données à 75°C, mais si la température de fonctionnement réelle diffère significativement, une correction peut être nécessaire. Pour le cuivre, la résistance augmente d'environ 0,393% pour chaque augmentation de température de 1°C.

Pour les installations intérieures typiques, la correction de température est rarement nécessaire. Cependant, pour les conducteurs installés dans des environnements à haute température (greniers, environnements industriels chauds) ou dans des climats très froids, la correction de température peut améliorer la précision du calcul de 5 à 10%. Les conducteurs transportant des charges lourdes et se réchauffant considérablement pendant le fonctionnement peuvent également bénéficier de la correction de température.

Formules Avancées : Inclure la Réactance

Les formules simplifiées présentées précédemment utilisent uniquement la résistance du conducteur. Cependant, les circuits CA ont également une réactance inductive, qui devient significative dans les gros conducteurs ou les circuits plus longs. Pour des calculs de précision, en particulier dans les installations industrielles ou commerciales, la réactance doit être incluse.

Les valeurs de réactance se trouvent également dans le NEC Chapitre 9, Tableau 9. La réactance dépend de l'espacement des conducteurs et de la configuration (en conduit, câble, etc.). Pour les conducteurs plus petits que 1/0 AWG dans un conduit typique, la réactance contribue minimalement à la chute de tension et peut être ignorée pour les calculs pratiques. Pour les gros conducteurs ou les circuits de moteur avec un faible facteur de puissance, l'inclusion de la réactance fournit des résultats beaucoup plus précis.

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