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Jeux de barres à basse tension

Les jeux de barres à basse tension sont destinés à assurer le transport d’énergie électrique entre éléments d’une installation la fournissant (générateurs, transformateurs...) et la répartissant (tableaux généraux de distribution dits TGBT) ; ils peuvent également être une partie de ces derniers ou d’ensembles d’appareillage à basse tension faisant l’objet de normes particulières. Ils peuvent être utilisés en tant que canalisations de distribution, mais cette fonction est plus généralement confiée aux systèmes de canalisations préfabriqués, également normalisés.

On les utilise, dans le cas de transport, en concurrence avec des câbles isolés, mais leur intérêt est, avant tout, économique car, à puissance transportée égale, ils reviennent sensiblement moins cher, le métal (cuivre ou aluminium) étant mieux utilisé.

Ce dernier avantage est essentiellement dû aux meilleures conditions de refroidissement, les températures étant fonction des seules conditions d’environnement et non pas des tenues limitées des isolants des câbles qui, par ailleurs, constituent un certain obstacle à la transmission vers l’extérieur de leur chaleur interne.

Par contre, ils ne se prêtent que difficilement aux cheminements complexes, car leur façonnage (ou leurs accessoires, dans le cas des préfabriqués) augmente leur coût.

Dans certains cas, on peut être amené à étudier, en concurrence, plusieurs modes de réalisation ; cependant la solution retenue n’est pas nécessairement dominée par des considérations économiques, d’autres facteurs pouvant intervenir (adaptation, sécurité, caractéristiques locales, limites des ensembles normalisés, rapidité d’approvisionnement ou de montage, réemploi...), qui peuvent être des éléments déterminants.

Les principaux problèmes posés par l’emploi des jeux de barres peuvent se regrouper en deux catégories :

• les conditions d’équilibre thermique avec leur environnement immédiat, qui déterminent les courants admissibles, pour une température acceptable du métal ; elles sont soumises à l’influence de nombreux facteurs ;

• les conditions de réalisation mécanique, en fonction des contraintes susceptibles de leur être appliquées, tant en service normal qu’en cas de défaut (court-circuit).

Les règles d’installation (NF C 15 100) ne donnent aucune indication sur les courants admissibles dans les jeux de barres.

De nombreux cahiers des charges d’administrations, de clients industriels, des documentations techniques de constructeurs de matériels électriques, des tableaux utilisés par les installateurs depuis des décennies – sans que l’on connaisse parfois leur origine ! – ont avancé des valeurs qui ne concordent pas entre elles.

On a pu ainsi relever des écarts allant jusqu’à 50 %, très certainement parce que les nombreux paramètres intervenant dans les calculs n’étaient pas appréciés ou choisis de la même façon.

Lorsque l’on consulte la littérature technique, à part une norme allemande DIN, les approches sont différentes selon les origines, spécialement pour le cuivre ou l’aluminium ; cela rend difficiles les comparaisons ou la synthèse.

Il existe différents types de profilés : en I, en U, en O, en L.

Les plus fréquemment utilisés, en basse tension, sont les barres méplates, laminées ou extrudées, parfois à angles arrondis (aluminium extrudé), qui peuvent être associées jusqu’à 6 ou 7 par phase ou polarité. Leur avantage tient au fait que leur façonnage, (par pliage à plat), ou que leur raccordement (par recouvrement) ne nécessite pas le recours à des accessoires spéciaux, ni à une main- d’œuvre particulièrement spécialisée.

Un cas d’espèce est celui des barres coulées en aluminium, utilisées pour les fours électriques, pour l’électrochimie, notamment pour l’électrolyse ignée de l’alumine.

Elles peuvent avoir des dimensions qui vont de 50 à 280 mm pour leur épaisseur et de 120 à 800 mm pour leur hauteur.

L’emploi type des profilés en U ou en L (généralement en aluminium), souvent associés par paires par phase ou polarité, formant un quasi-tube rectangulaire ou carré, est celui des jeux de barres pour fortes intensités (plusieurs kA), en haute tension (6 à 20 kV), sur des distances non négligeables (supérieures à 10 à 15 m), par exemple pour les liaisons alternateur-transformateur des centrales de production ; ils sont parfois gainés, réalisant des ensembles préfabriqués à caractéristiques spécifiques pour chaque cas.

Les tubes servent aux jeux de barres des postes d’interconnexion extérieurs, sous des tensions atteignant les centaines de kilovolts des réseaux. Ils sont, dans la plupart des cas, en aluminium. Toutefois le cuivre est parfois utilisé, tant pour des conditions d’environnement (au voisinage de certaines industries chimiques), que pour des raisons pratiques (courtes liaisons entre certains appareillages à haute tension).

Les profilés en U, L ou O, plus particulièrement réservés aux applications en haute tension, posent des problèmes spécifiques, tant d’ordre mécanique qu’électrique :

•  de grandes longueurs ;

•  de dénivelées, pentes, verticalité ;

•  de contraintes d’ordre électrique telles que l’importance que prennent les chutes de tension inductives.

C’est la raison pour laquelle il n’a pas été possible de les traiter dans le cadre de cet article ; on se reportera avec intérêt à la bibliographie.