Faire des économies en augmentant la section

Câble totalement gratuit avec installation de la section supérieure. Amortissement complet du câble.

Nous allons à titre indicatif établir la formule mettant en relation le pourcentage de puissance perdue par échauffement avec le pourcentage de réduction de l’intensité souhaité pour réduire ces pertes.

Vous avez bien lu, le câble est bien gratuit. Le remplacement d’un câble de 3G2,5 qui fonctionne à seulement 20 % de son intensité maximale par une section de 3G4 est amorti en moins d’un an et, au bout de deux ans, le câble est gratuit.

Nous avions jusqu’à présent montré l’amortissement du coût différentiel d’un câble de section supérieure à la section minimale imposée par les critères techniques. Le moment est maintenant venu de franchir une autre étape et de calculer l’amortissement total du câble pour démontrer, une fois encore, que l’installation de sections supérieures est une décision judicieuse.

Exemple

Câble IrisTech^® U-1000 R2V – U 3G2.5

Pose sur chemin de câble perforé

Intensité admissible (NF C 15-100 tab. 52H) = 36 A

Imaginons que le câble fonctionne à charge élevée (80 % de son intensité maximale admissible) : 

-> 0,8×36 = 28,8 A.

L’amortissement total du câble est immédiat car, l’intensité parcourant la ligne étant élevée, les pertes dues à la résistance sont très élevées. L’économie réalisée sur la facture d’électricité équivaut au prix du câble.

Si, dans un autre cas de figure, nous prenons une charge faible (20 % de l’intensité maximale admissible) :

-> 0,2×36 = 7,2 A

Le coût du câble est récupéré au bout de 2 ans seulement.

Quant au coût différentiel lié au remplacement d’un 3G2,5 par un 3G4, il est récupéré en à peine 8 mois.[/vc_column_text][vc_single_image image=”4505″ img_size=”full”]

Calculs

Les pertes dues à l’échauffement correspondent à l’expression suivante :

E_p: énergie perdue en raison de l’effet Joule (kW?h)

n : nombre de conducteurs chargés 

L : longueur de la ligne (m)

R : résistance du conducteur (?/m)

I : intensité électrique (A)

t : temps (h)

Dans le cadre de notre étude comparative, nous pouvons prendre une longueur de 1 m de ligne et une durée d’un an pour le temps. 

n (monophasé) = 2

L = 1 m

R = 0,00945 ?/m (section 2,5 mm²) ; 0,00588 ?/m (section 4 mm²)

I = 36 A (intensité maximale selon NF C 15-100)

t = 365 x 24 = 8760 h

Par conséquent, lorsque le câble de section 3G2,5 atteint 100 % de sa capacité thermique, l’énergie perdue sur la ligne est :

Cependant, il n’est ni réaliste ni concevable de prendre un câble fonctionnant à 100 % de son intensité maximale admissible car, nous le savons, nous devons au moins intercaler une protection entre l’intensité de service et l’intensité maximale admissible.

Nous devons donc refaire le calcul en prenant un pourcentage (c) de l’intensité maximale, qui peut être aussi bas que nous le souhaitons pour que les chiffres soient aussi réalistes que possible. Nous allons donc estimer la durée d’amortissement du coût différentiel pour l’installation d’un câble de section 3G4 à la place d’un câble de section 3G2,5

Nous faisons le même calcul en tenant compte de la résistance de la section de 4 mm² (0,00588 ?/km). En attribuant à c des valeurs allant de 0 à 100, nous obtiendrons les pertes d’énergie sur les lignes.

Si nous calculons la différence entre les pertes de la section inférieure et celles de la section supérieure, nous connaîtrons l’économie d’énergie réalisée en installant un câble de section supérieure.

Si nous multiplions cette économie en kWh par le tarif en €/kWh, nous obtiendrons l’économie sur la facture d’électricité. Prenons un tarif approximatif de 0,145 €/kWh. Avec cette expression, nous pouvons commencer à comparer les coûts et les économies.

Prenons le coût approximatif de 1 m de câble IrisTech^® U-1000 R2V :

3G2,5 : C_2,5 = 0,63 €/m

3G4 : C₄ = 0,94 €/m

Comme nous travaillons avec un segment de ligne de 1 m, la différence de coût entre les câbles de section 3G4 et 3G2,5 est :

Si la ligne fonctionne à 80 % (28,8 A ; c =80) de son intensité maximale admissible, nous obtenons :

L’amortissement de la section supérieure a lieu en très peu de temps :

[vc_single_image image=”4512″ img_size=”full”][vc_column_text]Cela signifie que le coût différentiel du câble sera amorti en deux semaines. 

Soyons un peu plus ambitieux et disons que nous voulons obtenir le câble gratuitement :

Nous amortissons 100 % du câble en moins de 2 mois.

Supposons maintenant qu’il s’agit d’une hypothèse optimiste.

Considérons une ligne dont l’intensité est à seulement 20 % (7,2 A ; c =20) de l’intensité maximale admissible.

L’économie annuelle sur la facture est moindre, car la ligne étant moins chargée, elle engendre des pertes thermiques moins élevées, sachant que ces pertes dépendent du carré de l’intensité électrique. L’augmentation de section est amortie dans les délais suivants :

Et le câble devient gratuit en… Cela indique donc que, même avec une hypothèse pessimiste, la durée d’amortissement total du câble est très courte. Si nous faisons bien nos comptes, non seulement le câble est gratuit, mais il nous permet également de continuer à faire des économies sur la facture après avoir été amorti et jusqu’à la fin de sa durée de vie utile.

Avons-nous besoin de preuves supplémentaires pour prendre au sérieux le concept de section économique ou le comprendrons-nous mieux avec des tarifs électriques plus élevés ?

Voici maintenant un tableau qui présente davantage de résultats en rapport avec le remplacement de la section 3G2,5 par la section 3G4. Les valeurs appliquées à l’intensité sont des moyennes quadratiques de l’intensité et il n’est pas possible de parler de valeurs moyennes de l’intensité, car dans la formule de l’effet Joule, l’intensité est élevée au carré.

À titre d’exemple, supposons que l’intensité de la ligne est de seulement 4 A pendant 23 heures sur 24 et de 30 A pendant 1 heure. Nous savons que l’énergie perdue pour une résistance R serait : Valeur qui correspond à la moyenne quadratique de l’intensité (I ‘ ) et non à sa valeur moyenne (). Par conséquent, dans un tel cas, nous aurions une ligne à 20 % de l’intensité maximale (7,2 A) qui n’est pas constante, mais variable, ce qui est généralement ce qui se passe dans la réalité.

La valeur moyenne de l’intensité est :

Avec cette valeur, il est clair que nous n’obtiendrons pas les pertes thermiques réelles :

Résultats avec une grande section

Pour une ligne triphasée avec des câbles unipolaires IrisTech^® U-1000 R2V installés sur chemin de câble perforé, le remplacement de la section 1×150 par une section 1×185 donne lieu aux chiffres suivants : Nous constatons que l’amortissement prend plus de temps, mais que le coût de la section supérieure est compensé en moins de 5 ans avec une charge (moyenne quadratique) de 20 %. De plus, avec une charge de 30 % ou plus, le câble est gratuit à la moitié de ce délai.

Conclusions

Nous invitons une fois encore le lecteur à faire ses propres calculs et à tirer ses propres conclusions. Dans l’exemple donné, nous avons essayé de considérer les cas de figure optimistes et pessimistes de la charge de la ligne, et les chiffres sont révélateurs : ignorer les sections économiques revient à jeter l’argent par les fenêtres sur la facture.

Les calculs ont été simplifiés et n’ont pas tenu compte de l’augmentation des tarifs avec le temps, qui aurait sans aucun doute écourté la durée d’amortissement. Nous avons également laissé constante la résistance du câble à 90 ºC, pour simplifier les choses sans erreur substantielle. Nous savons également que le chef de projet doit prendre en considération les frais supplémentaires liés à l’augmentation de la section de conducteur, le cas échéant. Faites vos propres calculs et vous constaterez que les résultats sont positifs : l’amortissement est très bref.

Nous vous rappelons également que l’augmentation de section donne lieu à d’autres avantages indirects :

– économie écologique (l’équilibre entre les émissions liées au câble de section supérieure et l’économie de production d’énergie penche clairement en faveur de la section supérieure) ;

– possibilité d’augmenter la charge de la ligne par la suite ;

– prolongation de la durée de vie utile du câble, qui est moins sollicité ;

– réduction des chutes de tension ;

– tenue au court-circuit et à la surcharge améliorée ;

– amélioration de la réponse aux phénomènes transitoires ;

…

Il est évident que l’augmentation de section par rapport aux minimums techniques imposés doit devenir indispensable dans le cadre de l’étude technico-économique d’un projet. La présentation des économies possibles au maître d’ouvrage témoigne indubitablement de la qualité de la conception.

Le câble est un élément de toute installation réussie et, s’il est dimensionné convenablement, il affecte positivement la facture d’électricité. De plus, comme nous l’avons vu, il permet non seulement de récupérer tous les frais engagés pour son installation, mais aussi de continuer à gagner sur les plans économique et écologique.

Pour approfondir le sujet, le lecteur pourra se reporter à la norme suivante :

IEC 60287-3-2 – Optimisation économique des sections d’âme de câbles électriques de puissance.