BUSBAR : Jeux de barres

Dans la distribution électrique un jeu de barres désigne des conducteurs de cuivre ou d’aluminium qui permettent de distribuer de l’électricité dans un tableau électrique, à l’intérieur d’un appareillage électrique ou dans un poste électrique.

Le terme officiel est barre omnibus. Selon la définition donnée par la Commission électrotechnique internationale, il s’agit de conducteurs de faible impédance auxquels peuvent être reliés plusieurs circuits électriques en des points séparés.

 

Le but de l’utilisation d’un jeu de barres est la simplification des câblages et des raccordements électriques pour la répartition des circuits d’après leur intensité.

Il faut d’après le courant que l’on veut faire circuler dans les barres choisir une section adaptée en prenant en compte plusieurs conditions d’installation.

Les jeux de barres sont constitués soit par des barres plates (souples ou rigides), soit par des tubes. Ces choix permettent de dissiper efficacement les pertes grâce à un bon ratio entre leur surface dissipatrice et leur surface conductrice.
L’effet de peau rend inefficace des jeux de barres de plus de 8 ou 10 mm d’épaisseur à 50-60 Hz.

L’effet de peau est un phénomène électromagnétique (avec des conducteurs massifs) qui fait qu’à fréquence élevée, le courant a tendance à ne circuler qu’en surface des conducteurs. Ce phénomène d’origine électromagnétique existe pour tous les conducteurs parcourus par des courants alternatifs. Il provoque la diminution de la densité de courant à mesure que l’on s’éloigne de la périphérie du conducteur. Il en résulte une augmentation de la résistance du conducteur.

Un jeu de barres est supporté par des isolateurs (barres nues), il peut être aussi complètement enrobé d’isolant électrique. On doit protéger les jeux de barres d’un contact direct soit en les plaçant dans une enveloppe fermée, ou à une hauteur les mettant hors de porté.

Jeux de barres en basse tension dans les TGBT

TGBT : Tableau général basse tension (appelé aussi TGE Tableau de gestion de l’énergie).

En basse tension on utilise des barres rectangulaires. Soit les appareillages sont connectés directement sur les barres, soit ils sont raccordés au moyen de conducteurs électriques (câbles, fils, feuillards). Pour effectuer le raccordement à l’appareillage ou au câble, les barres sont munies de dispositifs de connexion (trou, borne, etc.).
Cette méthode de câblage permet un meilleur refroidissement que pour des conducteurs isolés ainsi qu’une densité de courant plus importante mais présente l’inconvénient de laisser des pièces nues sous tension et nécessite un façonnage minutieux.

Pour un jeu de barre en triphasé plus neutre il est conseillé de placer la barre de neutre sur l’avant du jeu de barres.
Cela représente :
– une sécurité supplémentaire.
– une facilité de raccordement des circuits alimentés entre phases et neutre.
– une identification plus aisée du schéma des liaisons à la terre (régime de neutre).

Dimensionnement et caractéristiques

Le calcul prend en compte :
– L’intensité permanente à véhiculer dans le jeu de barres.
– Le courant de court-circuit
– La température ambiante (35 °C)
– Le degré de protection de l’enveloppe.
– La positon des barres.

Barres sur chant
Cette position de la barre est très utilisée car elle favorise le refroidissement par convection.

 

Barres à plat
Dans le cas de barres à plat, utiliser les éléments de calcul définis pour des barres de chant en appliquant un coefficient de déclassement de 0.8.

 

Exemple :
2 barres de 80 x 5 véhiculent dans les mêmes conditions d’environnement et de température ambiante :
– 1600 A si les barres sont de chant
– 1280 A (1600 x 0,8) si les barres sont à plat.

Distance d’isolement

La distance d’isolement est la plus courte distance dans l’air :
– Entre deux conducteurs actifs (phases et neutre)
– Entre conducteur actif et la masse.
Des composants standards permettent de réaliser des tableaux électriques ayant une tension assignée d’isolement de 1000 V, et une tension assignée de tenue aux chocs de 12 kV.
La distance d’isolement minimum à respecter est de 14 mm.
Les barres sont installées sur des
supports isolants.
L’entraxe des phases est de 75 ou 112,5 mm selon les intensités véhiculées.

 

Pour une tension de service allant jusqu’à 1000 V, la distance d’isolement entre une partie nue sous tension (barres de cuivre) et un panneau d’habillage d’une armoire électrique (panneau de fond ou panneau latéral) risquant d’être déformé au cours d’une manutention ou d’un choc, doit être au minimum égale à 20 mm.
Elle doit être portée à 100 mm si l’enveloppe a un IP < 2. En cas d'impossibilité, il faut intercaler un écran isolant.  

Disposition des barres

Dans le cas où l’installation nécessite plusieurs barres par phase, laisser un espace suffisant entre elles pour permettre une ventilation normale du jeu de barres.
Laisser au minimum 1 fois l’épaisseur de la barre, entre deux conducteurs actifs d’une même phase.

 

Fixation des barres

Le nombre et l’entraxe des supports sont définis en fonction des contraintes :
– Électriques (courant de court circuit présumé)
– Mécaniques (poids et position des barres).

La distance maxi entre l’axe du dernier support et l’extrémité de la barre doit être de 50 mm maxi.

 

Les supports (ou une partie) doivent être en matériau amagnétique (aluminium) afin d’éviter un échauffement dû à la création de courants de Foucault.

 

Tableau de détermination d’un jeu de barres en cuivre

1. En fonction de l’intensité nominale, choisir dans le tableau A le nombre et la section des barres utiliser pour une phase (3 barres maxi par phase).
2. Déterminer en fonction de l’intensité de court-circuit Icw eff (kAeff./1s) et à l’aide du tableau B
l’entraxe maximal à respecter entre les supports du jeu de barres.
En déduire le nombre de supports nécessaires.
3. Le tableau C indique l’entraxe des phases et neutre à respecter et le type d’ossature à utiliser.

 

(1) Les valeurs d’intensité admissible sont données pour une température ambiante autour du tableau de 35 °C.
– Pour des températures supérieures allant jusqu’à 50 °C, prévoir un déclassement de 12 % pour IP20 et 15 % pour IP54.
– Pour des températures inférieures allant jusqu’à 25 °C, prévoir un surclassement de 6 % pour IP20 et 5 % pour IP54.

Câblage des jeux de barres

Les conducteurs isolés ne doivent pas reposer contre les parties nues sous tension ni contre les arêtes
vives et ils doivent être maintenus convenablement.

 

Dimension des surfaces en contact

La surface en contact (Sc) doit être au moins égale à 5 fois la section de la barre (Sb).
Sc > 5 x Sb
Pour les liaisons de continuité du jeu de barres principal, il est conseillé d’établir des contacts sur toute la largeur de la barre afin d’assurer un transfert thermique optimal.
Pour les plages de raccordement d’appareils, le contact doit être établi sur toute la surface de la plage pour une utilisation à intensité nominale.

 

La pression de contact entre barres est assurée par des vis dont la dimension, la qualité, le nombre
et le couple de serrage sont choisis en fonction de l’intensité et des dimensions des barres à raccorder.
Une pression de contact trop élevée entraîne le dépassement de la limite élastique de la barre.
L’échauffement pourrait produire un certain fluage qui se traduirait au refroidissement par une diminution de cette pression.
Il est donc conseillé de répartir la pression en multipliant les points de serrage et en utilisant des rondelles larges ou des contre-plaques.
Les serrages sont réalisés avec une clé dynamométrique.
La visserie La visserie est en acier zingué bichromaté (Zn8C) de classe 8-8 et les rondelles utilisées sont des rondelles contact.
Il est conseillé de faire un marquage de l’écrou à l’aide d’un vernis acrylique teinté, indélébile et
résistant en température. Il permet non seulement un auto contrôle pour s’assurer d’un serrage effectif
au couple, mais également d’identifier d’éventuels desserrages.

 

 

Pliage des barres

Il est fortement recommandé de tracer une épure des barres à l’échelle 1 particulièrement au niveau des pliages et des empilements de barres.
Les barres sont espacées de leur épaisseur “e”. La longueur totale développée avant pliage est égale à la somme des parties droites ne subissant pas de déformation (L1 + L2) et de la longueur l des éléments
courbes situés sur la ligne neutre (en théorie au milieu de l’épaisseur du métal) soit L1 + L2 + l.

 

Les barres souples

Les barres souples permettent d’effectuer facilement des raccordements sur les appareils ou de constituer des liaisons qui sont pratiquement adaptables à tous les cas de figure.
Elles sont généralement utilisées pour des intensités supérieures à une centaine d’ampères.
Au même titre que les barres rigides, elles permettent une connexion directe sur les plages de raccordement des appareils.

Comme pour tout conducteur, le courant admissible dans les barres souples diffère selon les conditions
d’utilisation et d’installation :
– Température ambiante (réelle dans l’enveloppe)
– Durée d’utilisation (charge permanente ou cyclique)
– Barres seules ou groupées (juxtaposées en contact ou entretoisées)
– Ventilation naturelle (IP < 30), forcée (ventilateur) ou sans (IP > 30)
– Cheminement vertical ou horizontal.
La variabilité importante de l’ensemble de ces conditions conduit à des courants admissibles très différents (dans un rapport de 1 à 2, voire plus).

Courants admissibles dans les barres souples :

 

Les barres souples présentent l’intérêt de pouvoir se connecter directement sur les jeux de barres rigides ou sur les plages des appareils sans utilisation de cosses. Il est nécessaire de dimensionner les plages de raccordement des barres souples en fonction de leur section. La longueur L de recouvrement doit au minimum être égale à la largeur de la barre lg ou à 5 fois son épaisseur ; la plus grande des deux valeurs devant être retenue.
Pour les barres d’épaisseur 10 mm, un recouvrement minimum de 75 mm et le serrage par 2 vis sont recommandés.

 

lg

Poinçonnage

Il est réalisé à l’aide d’une poinçonneuse équipée d’un presse flanc permettant la remontée du poinçon sans déformation de la barre.
Le diamètre de poinçonnage est fonction de la visserie utilisée.

 

Surveiller l’affûtage du poinçon et le jeu poinçon matrice (0,5 mm) afin d’éviter les bavures ou une déformation du cuivre, par fluage.

Mise en œuvre

Il est nécessaire de disposer des outillages adaptés et d’utiliser les composants standards de fixation proposés par les constructeurs. Plieuse et poinçonneuse sont obligatoires pour une réalisation professionnelle.

Des essais diélectriques doivent être réalisés en fin de montage.
Le test diélectrique doit être effectué selon les indications ou les prescriptions liées à l’ensemble.
– Test à fréquence industrielle pour une valeur revendiquée d’isolement Ui.
– Test de choc de tension à l’onde 1,2 kV/ 50 µs pour une valeur revendiquée Uimp.

La tension d’essai est appliquée selon la séquence suivante :
– Entre chaque pôle de chaque circuit (puissance, commande, auxiliaires) et la masse de l’ensemble.
– Entre chaque pôle du circuit principal et les autres pôles (entre chaque phase et entre chaque phase
et le neutre)
– Entre chaque circuit s’ils ne sont pas électriquement reliés (circuit de commande séparé ou en TBTS
et circuit principal par exemple).
– Entre circuit de protection et la masse pour les ensembles de classe II.
– Entre les parties débrochées ou séparées pour la fonction de sectionnement.

Les appareils qui pourraient être endommagés par l’application de la tension (appareils de mesure de
détection, déclencheurs électroniques) doivent avoir une de leurs bornes déconnectée et isolée.
Les condensateurs antiparasites ne doivent pas être déconnectés.
L’essai est jugé satisfaisant s’il n’y a pas de perforation, ni de contournement.

 

Rappel sur les sections des conducteurs

– Sections minimales : elles correspondent globalement à des conducteurs de courte longueur ou à des conducteurs bien ventilés (pose à l’air libre) ou à des conducteurs à isolant PR.
– Sections maximales : elles sont plutôt rencontrées dans les branchements ou dans les installations de distribution étendues ou dans le cas de conducteurs mal ventilés (pose encastrée ou sous conduit) ou de
conducteurs à isolant PVC.

 

Exemple de réalisation