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Comme un lecteur de ce blog vient d’indiquer lorsque nous travaillons avec des installations 12V DC, il est approprié de faire quelques considérations techniques. C’est un argument actuel parce qu’il est étroitement lié à la question des systèmes basse tension alimentés par des panneaux photovoltaïques et aussi aux économies d’énergie. Dans de nombreux cas, l’utilisation de 12V au lieu de 220V nous apporte de grands avantages comme vous pouvez le voir dans mon précédent article « Éclairage mon laboratoire avec 12V ». Maintenant, regardons les problèmes techniques qui doivent être pris en compte.
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Commençons par indiquer l’acronyme pour les unités électriques utilisées dans cet article :
watt : W (puissance) Ampère : A (courant) volt : V (tension) ohm : Ω (résistance)
Une installation basse tension en courant continu (12V DC) qui maintient la puissance utilisée dans un similaire avec 220V a le défaut qui nous oblige à augmenter considérablement la passage de courant pour compenser le manque de tension comme je vais l’expliquer tout au long de cet article. Pour nos calculs, j’utiliserai la loi d’Ohm, ses formules dérivées et aussi la formule de puissance.
Tous les câbles électriques ont une résistance intrinsèque (généralement indiquée en ohm par mètre) qui dépend du diamètre des conducteurs, de la longueur et du matériau avec lequel ils sont fabriqués (généralement en cuivre). Cette résistance, à des courants élevés, crée certains inconvénients tels que la perte de tension et, par conséquent, la puissance dans les fils (qui se dissipe sous la forme de chaleur le long d’eux). Nous pouvons diviser notre analyse en trois parties :
1) Augmentation du courant
2) Baisse de tension
3) Le problème des courts-circuits
L’ augmentation des
flux Le premier problème est lié à la puissance. Comme dit dans l’introduction de cet article, afin de pouvoir distribuer des puissances d’un certain ordre, en raison du fait que la tension est faible, nous devons compenser en augmentant le courant. Il peut être clairement observé dans la formule pour obtenir le courant à travers la puissance :
I = P/V
En gardant la valeur de puissance (P) constante, la diminution de la tension trouvée en tant que diviseur augmente proportionnellement la valeur du courant (I).
Par exemple, le courant passant par un câble qui alimente une lampe de 60W avec 220V est :
I = P/V = 60 W/220 V = 0,27 A
Maintenir la même puissance, si nous utilisions une lampe 12V au lieu d’une lampe 220V, le courant serait :
I = P/V = 60 W/12 V = 5 A
Comme vous pouvez le voir, à la parité de puissance, le courant nécessaire avec 12 V est 18 fois plus élevé qu’avec 220 V. Le problème est que, pour résister à de tels courants, il est nécessaire d’utiliser des fils avec des sections assez grandes. Généralement, dans les installations électriques, un courant maximal de 5A par mm2 de conducteur est calculé. Dans notre exemple, nous pourrions utiliser un câble de 1 mm2. Il serait préférable de mettre un d’au moins 2 mm2 afin de ne pas être à la limite et d’éviter le problème de chute de tension que je vais expliquer dans le paragraphe suivant. Si nous utilisions des câbles plus fins, la forte résistance de ces derniers entraînerait une grande partie de l’énergie fournie par la source d’être gaspillée sur eux avec le risque de chauffage également.
Le problème de la chute de tension
Un autre problème qui se pose en travaillant avec 12V est la chute de tension dans les fils. Comme nous l’avons vu, le courant qui traverse les fils d’une installation basse tension sont élevés. En raison du fait que les fils ont une résistance intrinsèque, selon la loi d’Ohm nous avons découvert que :
Vcable = Iglable * Rcable
Par conséquent, la chute de tension dans le câble dépend de la résistance et aussi du courant. Revenons au cas de notre lampe de 60 Watt, si nous utilisions un câble en cuivre de 1mm2 (18Ω par km) de 25 mètres de long (25 mètres positifs 25 mètres négatifs = 50 mètres) pour alimenter notre lampe, selon la loi d’Ohm nous aurions une chute de tension dans le câble de :
Vcable = 5A * 18Ω/20 = 4,5 V
C’ est-à-dire qu’ils atteindraient notre lampe seulement 7,5 V tandis que le reste serait perdu sur le câble. La division par 20 est parce que 50 mètres est 20 fois moins de 1 km. Puisque le câble a une résistance de 18Ω par km, dans 50 m il aura R = 18/20.
Perdez 4,5V sur 12V représente 35% de la tension nominale et naturellement les appareils conçus pour fonctionner avec 12V ne seraient pas très heureux d’être alimentés avec seulement 7,5V. Dans le cas de 220 V, perdre 4,5V est négligeable alors qu’avec 12V le problème est grave.
Pour améliorer cette situation, nous pouvons prendre les mesures suivantes :
1) consommation plus faible
2) réduire la longueur des fils
3) augmenter la section des conducteurs
4) Augmenter la tension d’alimentation pour compenser les pertes.
Par exemple, si dans le cas précédent au lieu d’un de 1 mm2, nous avons utilisé un câble de section de 2,5 mm2 nous perdrions seulement 1,9 V au lieu de 4,5 V.
Le problème des courts-circuits.
Comme vu ci-dessus, cependant une installation avec 12V est attrayant à bien des égards, les courants élevés requis exigent que la source centrale soit en mesure de les fournir. Dans le cas de courts-circuits n’importe où dans le circuit, le courant remarquable fourni crée le risque de brûlure de fils et/ou de connecteurs. Le cas le plus évident est quand une batterie connectée est trouvée en ligne.
Par exemple, dans mon installation de laboratoire, la ligne 12V est alimentée par une batterie 12V 30Ah rechargée automatiquement à l’aide d’un panneau solaire et/ou d’une alimentation connectée au secteur. Cette batterie (comme celle d’une voiture) est capable de délivrer plus de 100 A de courant instantané qui pourrait brûler des parties « faibles » du circuit. Il est nécessaire de limiter le courant maximal que la source peut délivrer à l’aide d’appareils électriques/électroniques et de protéger l’installation avec des fusibles thermomagnétiques ou des interrupteurs.
Le moyen le plus simple et le plus économique est de mettre des fusibles. Les défauts sont que quand ils brûlent, il est nécessaire de les changer. Une autre possibilité est d’utiliser des interrupteurs thermomagnétiques. Il y a des thermomagnets spécialement conçus pour 12V DC. Dans certains forums, il est dit que vous pouvez également utiliser le 220V normal bien que si je n’ai aucune expérience dans la question pour l’instant. Un autre moyen plus sophistiqué consiste à utiliser un capteur de courant avec un commutateur MOSFET. En ce qui concerne cette dernière possibilité, je parlerai dans un futur article sur le projet d’installation photovoltaïque contrôlée par microprocesseur.
Ne pensez pas que travailler avec des installations 12V n’est pas dangereux. Les courants de transit peuvent être très élevés et il y a un risque sérieux d’incendie si les choses ne sont pas bien faites. Les locaux doivent être faits avec soin et soigneusement, en utilisant des fils épais et bien isolés à travers des gouttières et des boîtes de distribution. Les connexions doivent être robustes à l’aide de bornes et de connecteurs de bonne qualité. Et fondamentalement, toujours mettre des fusibles protecteurs.
Eh bien, ici se termine cet article, j’espère que le sujet discuté sera utile aux détenteurs 12V comme je suis.
Jusqu’ à la prochaine fois.
Voir mon article « Éclairage de mon laboratoire avec 12V »
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