GUIDE TECHNIQUE N°7 : Le câblage de son installation électrique embarquée

Nov 10, 2021 | Guides Techniques | 0 commentaires

Réaliser un bon câblage pour son installation est fondamental pour la sécurité, l’efficacité et la maintenance. Des sections de conducteurs incorrectes peuvent conduire à des surchauffes de câbles et même causer des incendies.

Ce n’est pas simplement de la théorie : des vans, des fourgons, des bus, des camions aménagés sont détruits chaque année à cause d’incendies souvent provoqués par une installation électrique hors normes et un câblage défectueux.

Tout en apportant de la sécurité, le choix de la bonne section de conducteur assure le meilleur fonctionnement de votre chargeur et de votre onduleur.
L’utilisation de câbles sous-dimensionnés entre le chargeur, quelle que soit la source de charge (cf guide technique N°3 : Les différentes sources de charge), et le banc de batteries, peut provoquer des pertes de tension dans le câblage, et donc des tensions de charge insuffisantes sur les bornes des batteries.

Les batteries seraient ainsi mal chargées, ce qui aurait un impact négatif sur leur durée de vie.

Chaque année, plus de 4 000 incendies de véhicules habitables et mobiles en France (Source : Bip et Vous)

Des câbles de section plus faible que celle recommandée pour un convertisseur vous privent de la pleine capacité des batteries. Le cas échéant, les (fortes) pertes de tension DC du convertisseur mettraient sa tension (bien) en-dessous de celle de la batterie, ce qui provoquerait sa coupure prématurée.
Toutes ces raisons font que beaucoup d’utilisateurs préfèrent sur-dimensionner les câbles. Mais, à quel prix !? Le cuivre est un matériau cher, donc, un câblage bien dimensionné, ni trop, ni pas assez, c’est aussi de l’argent d’économisé.

NOTE

L’ensemble des contenus de ce dossier se conforme au respect des normes en vigueur.

A ce titre, il tient compte des recommandations de la norme NF EN 1648-2, homologation de janvier 2018 :  « Véhicules habitables de loisirs – Installations électriques à très basse tension de 12 V en courant continu – Partie 2 : autocaravanes » et de la norme NF S56-201, homologation de novembre 2015 : « Installations et connexions électriques basse tension dans les caravanes et autocaravanes ».

L’importance de la section

A puissance consommée équivalente, plus la tension d’un circuit est basse plus le courant est élevé. D’où l’importance primordiale d’utiliser des conducteurs correctement dimensionnés. Ce dimensionnement se caractérise par la section.

Une section insuffisante transforme les câbles en résistances ; ce qui a pour conséquences :

– une chute de tension (perte de rendement des panneaux PV, convertisseur, chargeur, etc.) ;
– l’échauffement et l’oxydation des câbles ; l’énergie gaspillée part en chaleur ;
– l’augmentation de la consommation des appareils et des performances atténuées ;
– la perturbation électronique des appareils. Par exemple : les régulateurs de charge solaire sont leurrés sur la tension réelle de la batterie ;
– pire encore : un départ de feu.

Arc électrique + départ de feu sur une connexion de prise de courant

Vidéo « Echauffement conducteur électrique > départ de feu »

Ci-dessous, vous trouverez deux visuels qui précisent les types de fils et de câbles qui sont conformes à l’utilisation en véhicule habitable et mobile. Nous y mentionnons les sections normalisées et le nombre de conducteurs par type de câble commercialisés couramment. Il ne vous restera plus qu’à choisir les couleurs selon les disponibilités.

Par convention et harmonisation des installations, nous utilisons les couleurs suivantes pour le courant continu (12/24/48 V DC) : noir pour le moins, rouge pour le plus. Pour le courant alternatif (230 V AC) : bleu pour le neutre, marron ou noir pour la phase. Le vert/jaune étant exclusivement réservé au câblage de la liaison équipotentielle et de la mise à la masse des éléments pouvant être malencontreusement conducteurs (tuyauteries cuivre, carters métalliques appareils domestiques, etc.).

Faire très attention à utiliser des conducteurs à âme multibrins de bonne qualité. Les types de câbles et fils mentionnés sur ces visuels respectent des normes garantissant des diamètres de brins suffisamment petits afin de constituer une âme conforme à un câblage de qualité professionnelle (NF C 32-201 et NF-C 32-102-4). Là aussi, méfiez-vous de ce que vous achetez !

A noter que pour les installations marines, il faut prévoir des fils et câbles fabriqués avec des conducteurs à âme en cuivre souple étamé afin d’éviter la corrosion (type SIF, SiHF, etc.).

Les fils de câblage souples, les désignations normalisées et les sections existantes.

Les câbles souples, les désignations normalisées et les sections existantes.

Un conducteur de câblage, ça ne se choisit pas par hasard !

ATTENTION :

Dans le cas d’utilisation de conducteurs ayant des brins plus épais (donc moins nombreux pour chaque fil), la zone de contact sera trop petite entraînant une résistance au contact trop élevée. Cela causera une surchauffe importante pouvant éventuellement provoquer un incendie.

Selon les fournisseurs, il y a bon conducteur et …bon conducteur !

Plus la tension est basse plus le courant est élevé, d’où l’importance accrue d’utiliser des câbles correctement dimensionnés.
Dans nos véhicules, l’intensité est élevée parce que les valeurs de tension (12 V, 24 V, 48V DC) sont nettement inférieures à celle utilisée habituellement dans une installation domestique (230 V AC).

La puissance consommée par les appareils reste la même ce qui a pour conséquence que cette intensité pourra atteindre des valeurs énormes de plusieurs dizaines d’ampères (rappel de formule de calcul : P = U x I, donc I = P ÷ U   ; P pour puissance, U pour tension et I pour intensité).

Flyer d'aide à l'utilisation de la formule de la puissance électrique

Les pertes en ligne ou chute de tension

La principale cause des pertes en lignes vient du fait que les câbles électriques présentent eux-mêmes une résistance qui dépend de la conductibilité du matériau, de la section et de la longueur.

Cette perte d’énergie (appelée chute de tension) a lieu lorsque le courant se déplace dans les éléments passifs (fils, bornes, etc.) d’un système électrique. Les fils contribuent fortement à la chute de tension et il faut en tenir compte lors de la conception du système électrique. Comment ? En choisissant la section appropriée : plus elle est grande, plus la chute de tension est faible.

Si on utilise un câble corrodé, de section trop faible et/ou trop long, il agît comme une résistance ; ce qui tire inutilement sur les batteries, diminue les performances de l’appareil alimenté, et peut même aller jusqu’à provoquer la fusion des câbles, voire un incendie !

En 12V, dans nos petites installations électriques de véhicules aménagés, la tolérance de chute de tension fixée par la norme NF EN 1648-2 est de 0,3 V pour les câbles de chargement de la batterie auxiliaire, et de 0,8 V pour les autres câbles.

Une estimation basée sur l’expérience professionnelle

Pour un calcul rapide et général, le principe de base ci-dessous peut être utilisé (pour des distances inférieures à 3 mètres) :

Pour des installations 12 ou 24 V DC, comptez 3 A pour 1 mm².
Pour des installations 230 V AC, comptez 6 A pour 1 mm².

Exemple : pour un chargeur de batterie qui peut délivrer un courant de 12 A, il vous faut un câble de 4 mm² pour une longueur totale (aller + retour) de 6 mètres au maximum.

Comme toujours, à La Route Libre nous travaillons dans les règles de l’art, donc, en appliquant les normes, notamment.
Voici deux tableaux qui tiennent compte de ces normes. Nous les avons conçus afin de vous permettre de trouver rapidement les sections de conducteurs qui correspondent à votre installation.

Il faut utiliser le premier (tableau A) pour trouver la section minimale à utiliser entre la batterie auxiliaire et toute source de charge (voir guide technique N°3 : « Les différentes sources de charge »). Le deuxième (tableau B) devra être utilisé pour le reste de l’installation.
Pour concevoir ces tableaux, nous avons également tenu compte des valeurs obtenues par calcul empirique (deuxième colonne du tableau fourni par Mastervolt, voir ci-dessus). Cela permet de donner toute la cohérence nécessaire aux premières sections inscrites dans les quatre tableaux qui suivent.

ATTENTION : la section de la liaison batterie > distribution DC se définit autrement (voir plus loin).

Tableau A : sections des conducteurs de liaison source de charge batterie, en installation 12 V DC

Tableau B : sections des conducteurs de liaison, autres que sources de charge, en installation 12 V DC

Pour les consommateurs utilisés régulièrement (réfrigérateur, éclairage, matériel domestique via un convertisseur) pour ne pas que les pertes ne pèsent dans le bilan d’énergie quotidien, il faudra veiller à limiter la chute de tension à 3 % de perte dans les câbles (0,4 V pour un système en 12 V) et même 0,3 V dans la mesure du possible > se reporter au tableau A.

CONSEILS DE LECTURE

Exemple : pour obtenir la section minimale adaptée à un courant nominal de 50 A (600 W) et à une longueur de câble totale de 7 mètres (2 fois 3,5 m, la longueur de cheminement), la section des conducteurs doit être au moins de 25 mm².
Pour des valeurs intermédiaires, le résultat de la lecture doit être arrondi à la section immédiatement supérieure.

À RETENIR

Retenez bien qu’un conducteur est une résistance. Plus il est long, plus la résistance est forte. De plus, les cosses et les connexions entre les appareils ajoutent encore de la résistance.

ATTENTION

Si le fabricant de l’appareil donne une autre valeur de section, c’est celle-ci qu’il faudra prendre. Avant d’utiliser ces tableaux, suivez rigoureusement les préconisations données par les fabricants dans leurs notices techniques. Par exemple, les fabricants de chargeurs de grande qualité admettent une chute de tension de 0,2 V pour leurs calculs.

Pour les installations de fortes puissances (convertisseur + appareils domestiques en 230 V AC) on peut être obligé d’installer un circuit en 24 V voire même, en 48 V. C’est un travail d’électricien, une installation défectueuse ou mal conçue peut provoquer incendie, explosion de batterie, perte humaine.

Explosion d’une batterie due à un câblage non conforme (mauvais sertissage + section conducteur trop faible)

Les risques de contacts directs en automobile sont encore plus nombreux (source :  www.inrs.fr)

LE SAVIEZ-VOUS ?

  • 50.000 incendies d’origine électrique se déclarent chaque année* ;
  • 3.000 personnes par an sont victimes d’électrisations, et environ 40 sont électrocutées (décédées des suites d’une électrisation)* ;
  • La proximité entre l’eau et les appareils électriques augmente le risque d’accident.     

    * Chiffres 2018, d’après l’observatoire national de la sécurité électrique en France

Voici également deux autres tableaux utiles pour les installations en 24 et 48 V avec une chute de tension respectivement de 0,6 V et 1,2 V. Mais, cela ne remplacera jamais la compétence d’un électricien qui maitrise parfaitement le dimensionnement adéquat de votre installation. En cas de doute, n’hésitez pas à faire appel aux services de La Route Libre.

Tableau C : sections des conducteurs en installation 24 V DC

Tableau D : sections des conducteurs en installation 48 V DC

CONSEILS PRATIQUES

Si vous souhaitez réduire les pertes (chutes de tension plus faibles, voir valeurs de V ci-dessous), voici la formule à utiliser, toujours dans le respect de la norme (Norme NF EN 1648-2). Vous obtiendrez des sections plus importantes que le minimum préconisé par la norme. Ce minimum, s’il est bien respecté, permet déjà de sécuriser votre installation.

Calcul de la section minimale à l’aide de l’équation : A= (ρ x L x I) / V

A : section du conducteur en mm² ;
ρ : résistivité du cuivre (0.01989 ohm mm²/m à 50 ° C)
L : longueur totale (aller + retour) des conducteurs en m ;
I : intensité totale du courant en A
V : chute de tension admissible > prendre 0,2 V pour les conducteurs servant à charger la batterie auxiliaire et 0,4 V pour tous les autres afin d’être au-dessus de la norme.

Si le fabricant de l’appareil donne une autre valeur de chute de tension, c’est celle-ci qu’il faudra prendre. Pour les valeurs intermédiaires, le résultat du calcul doit être arrondi à la section immédiatement supérieure.

Exemple: pour un convertisseur 12/1500 ayant une puissance de crête de 3000 W, le courant maxi pouvant être absorbé sera donc de 250 A. Installé au plus près de la batterie (longueur totale des fils = 1,5 m), dans une installation alimentée par un banc de batteries sous 12 volts :
A = (0,01989 x 1,5 x 250)/0,4 = 18,65 mm² Section standard immédiatement supérieure : 25 mm².

La liaison batterie auxiliaire > distribution en courant continu

ATTENTION : pour la section des deux fils principaux qui relient la batterie (ou le banc de batteries) à la distribution en très basse tension (busbar, barrettes de connexions, répartiteur avec protection, shunt, etc.) les tableaux précédents ne peuvent pas être utilisés.

En effet, le courant qui peut circuler dans ces deux conducteurs au même moment est la somme de tous ceux qui sont susceptibles de parcourir les autres fils reliés aux appareils alimentant les consommateurs et ceux fournissant la charge.
Le schéma suivant, illustre le principe à l’aide d’un exemple dans un système simple en 12 V DC.

En ce qui concerne la charge venant de l’alternateur et celle venant d’un chargeur branché via une prise terrestre (communément appelée P 17), il faut choisir la section la plus élevée utilisée entre ces deux appareils. En effet, ces deux chargeurs ne sont pas complémentaires ; on utilise l’un en roulant et l’autre en stationnaire.

Comment bien dimensionner la liaison batterie auxiliaire distribution des + et des – ?

La particularité du circuit solaire

Pour tout ce qui concerne le câblage du circuit solaire, pour l’extérieur (liaison panneaux PV/passe-toit par exemple) il est impératif d’utiliser du câble protégé contre les UV et constitué de fils de cuivre étamés.

Il existe des câbles solaires à double épaisseur type H1Z2Z2K qui sont fabriqués en deux couleurs, rouge et noir, et en deux sections : 4, et 6 mm². Pour plus de discrétion sur le toit de votre véhicule, nous vous conseillons de tout câbler en noir.

Câble spécial pour circuit solaire (crédit photo : solaris-store)

Autre solution : l’emploi de câble HO7RN-F renforcé, type TITANEX ® de chez Nexans. C’est un câble industriel souple particulièrement résistant aux vibrations. Il peut aussi bien être utilisé dans une soute (résistance aux hydrocarbures) qu’à l’extérieur (résiste aux UV et intempéries).

Sa gaine particulièrement robuste (cette norme était initialement conçue pour les engins de chantier) prévient tout risque de coupure et garantit une installation électrique fiable.
La gamme est très large ; en deux conducteurs : 1,5 à 25 mm². Ce câble est approuvé pour une utilisation dans un véhicule habitable et mobile.

Extraits de la fiche technique du câble HO7RNF-F Titanex® (Nexans)

Comme vous l’avez vu dans le guide technique N°3 « Les différentes sources de charge », les panneaux PV 36 cellules délivrent une tension de 18 V environ et les 72 cellules autour de 36 V.

Le choix des sections de conducteurs qui relient le panneau PV au régulateur de charge solaire devra se faire en tenant compte de la tension de service du panneau (Vmp).

Vous pouvez vous aider des calculateurs en ligne proposés sur les sites professionnels en installation solaire ou les applications pour smartphone.

Sinon, voici un abaque utilisable pour les trois tensions du système : 12, 24 ou 48 Volts.

Dimensionnement des câbles solaires (source : solaris-store). * Longueur Câble = aller + retour.

Dimensionnement des câbles solaires : cas pratique

Prenons comme exemple le cas d’un panneau à 60 cellules de 300 W ayant une Vmp de 33,24 V et une Imp de 8,66 A (cf extrait de la fiche technique Systovi).
Il est fixé à une distance de câblage de 4 mètres par rapport à l’endroit où est installé le régulateur de charge solaire. Cela fait donc une distance aller + retour de circuit de 8 mètres.
Dans l’abaque, on prend la ligne de tension 24 V nominal, la plus proche des 33,24 Vmp du panneau.
On trace un trait vertical au niveau des 8 mètres puis un trait horizontal au niveau des 9 ampères (valeur arrondie immédiatement supérieure à l’Imp): voir tracés en vert sur cet abaque.
Il faut donc prévoir des conducteurs de 4 mm² pour cette installation. Afin de minimiser les pertes en lignes (chute de tension), on prend toujours la section la plus élevée si le tracé tombe entre deux courbes (exemple du tracé noir).
Comme ce panneau est déjà équipé de deux câbles d’un mètre en 4 mm² avec connecteurs MC4, il suffira de se connecter dessus avec du conducteur spécial solaire 4 mm² et deux autres connecteurs MC4.
Et, ne l’oublions pas, il faudrait être dans les conditions idéales données par le fabricant (norme STC ou NOCT) pour que ce panneau puisse délivrer les 300 W annoncés. Donc, ce dimensionnement calculé grâce à cet abaque sera tout à fait sécuritaire pour vous et votre installation.

Extrait de fiche technique de panneau photovoltaïque (Marque française Systovi)

La section des conducteurs dans le circuit en 230 V AC

Si votre installation comporte une partie en 230 V AC, pour les sections de conducteurs à utiliser en conformité avec la norme, vous devez respecter ces prescriptions :

Tableau E : sections des conducteurs et valeurs des protections en installation 230 V AC

Bien d’autres sujets devraient figurer dans cette partie: la mise à la masse et à la terre (liaison équipotentielle : la sécurité des personnes), les distributeurs de puissance (bus-barres, barrettes de connexions, borniers, etc.), les coffrets/armoires de raccordement, le choix des cosses et leur sertissage, l’emploi et la mise en œuvre des embouts de câblage et des gaines thermo rétractables, le câblage de communication entre les appareils, le câblage des bancs de batteries et leur équilibrage, le choix des bonnes protections (fusibles, disjoncteurs, calibres, supports), etc.

Nous avons fait le choix d’impasse sur ces contenus qui font l’objet, selon nous, pas uniquement de savoirs et de connaissances, mais surtout d’un professionnalisme relevant de la pratique et de l’expérience.

On ne s’improvise pas électricien spécialisé dans ce domaine et surtout, ne jouons pas aux apprentis sorciers !

La conception d’un système électrique embarqué complet exige une connaissance et une expérience fiables et reconnues. 

POUR RAPPEL, L'ÉLECTRICITÉ PEUT TUER

C’est aussi pour toutes ces raisons que nous vous proposons la réalisation de votre installation, totale ou partielle.  > voir la page SERVICES.

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