Charge électrique
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La charge électrique est la propriété fondamentale de la matière à l’origine de tous les phénomènes électriques. Elle s’exprime en coulombs (C) ; la charge élémentaire d’un électron est de -1,6 × 10⁻¹⁹ C. En électrotechnique courante, le terme « charge » désigne aussi bien les récepteurs (lampe, moteur, résistance) que l’état de charge d’un accumulateur, ou encore la puissance consommée par un circuit.
Types de charges et comportement en alternatif
| Type de charge | Exemples | cos φ | Impact réseau |
|---|---|---|---|
| Résistive | Four électrique, radiateur à fil, lampe à incandescence | 1,0 | Neutre — tension et courant en phase |
| Inductive | Moteur asynchrone, transformateur, ballast électromagnétique | 0,6 à 0,92 (retard) | Consomme de la puissance réactive Q, surcharge les câbles |
| Capacitive | Banc de condensateurs, câble long non chargé | < 1 (avance) | Produit de la puissance réactive, peut surtensionner le réseau |
| Non linéaire | Variateur de vitesse, chargeur de batterie, PC, LED à driver | Variable | Génère des harmoniques de courant, distord la sinusoïde |
L’impact du cos φ sur le dimensionnement de l’installation
Pour une même puissance active utile P (en watts), une installation avec un mauvais cos φ consomme un courant plus élevé que nécessaire. La relation est : I = P / (U × cos φ) en monophasé.
Exemple pratique : un moteur de 10 kW avec cos φ = 0,7 absorbe I = 10 000 / (230 × 0,7) ≈ 62 A, contre seulement 43 A avec cos φ = 1,0 — soit 43 % de courant supplémentaire circulant inutilement dans les câbles, le disjoncteur et le tableau électrique. Ce surcourant génère des pertes par effet Joule (P = R × I²) et impose des sections de câble plus importantes.
La norme NF C 15-100 prend en compte la puissance apparente (en VA) pour le dimensionnement des circuits, pas la seule puissance active. Un circuit dimensionné pour 3 kW de résistif ne peut pas nécessairement alimenter 3 kW de moteurs si le cos φ est faible — la section de câble et le calibre du disjoncteur doivent être vérifiés.
Les charges non linéaires (chargeurs, variateurs, alimentations PC) injectent des harmoniques de courant dans le réseau. Ces harmoniques surchargent particulièrement le conducteur neutre en triphasé (les harmoniques de rang 3 et multiples s’additionnent au lieu de se compenser), pouvant amener un neutre 16 mm² à saturation alors que les phases sont à 30 % de leur capacité.
FAQ charge électrique
Comment mesurer le cos φ réel d’une installation ?
Un analyseur de réseau (power quality analyzer) branché en pince sur les phases mesure simultanément la tension, l’intensité et le déphasage, et calcule cos φ et le THD en temps réel. Pour une mesure ponctuelle, un wattmètre et un ampèremètre suffisent : cos φ = P / (U × I).
Quelle différence entre puissance apparente, active et réactive ?
La puissance apparente S (en VA) est le produit U × I. La puissance active P (en W) est la fraction réellement convertie en travail ou chaleur. La puissance réactive Q (en var) est l’énergie qui oscille entre la source et les inductances ou condensateurs. La relation est S² = P² + Q², d’où cos φ = P/S.
Un disjoncteur calibré en ampères tient-il compte du type de charge ?
Le disjoncteur protège contre les surintensités en ampères, quel que soit le cos φ. Mais le calibre doit être choisi pour le courant apparent total (P / (U × cos φ)), pas pour la seule puissance active. Un disjoncteur 16 A alimentant un moteur 3 kW à cos φ = 0,7 sera sollicité à environ 19 A — il déclenchera en régime permanent.
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