Karamö, le prof virtuelLeçon 23 sur 25
La puissance des appareils et des installations électriques
Je sais calculer la puissance totale et l'intensité totale d'une installation et vérifier si le disjoncteur ou le fusible va couper le courant.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Connaître des ordres de grandeur de puissances d'appareils courants
- Calculer la puissance totale d'appareils branchés en dérivation
- Calculer l'intensité totale dans le circuit principal
- Calculer la puissance maximale admissible d'une installation et choisir une protection adaptée
Avant de commencer : La puissance électrique (P = U × I), la puissance nominale et l'intensité nominale, la loi des intensités en dérivation.
1Je découvre
Chez les Diallo, à Labé, le disjoncteur général de la maison porte l'indication « 10 A ». Tout va bien tant que l'on se contente des lampes, du ventilateur, de la télévision et du réfrigérateur.
Mais un samedi matin, la mère, Mariama, repasse les habits de fête avec son fer ; au même moment, sa fille Fanta branche la bouilloire pour le thé. Clac ! Le disjoncteur coupe et toute la maison est plongée dans le silence. Le réfrigérateur s'arrête, la télévision s'éteint.
Fanta réarme le disjoncteur, débranche la bouilloire, et tout repart. Elle a compris que ce n'est pas la bouilloire seule qui pose problème, mais la bouilloire en plus de tout le reste.
Comment calculer la puissance totale d'une installation, et comment savoir à l'avance si le disjoncteur va couper ?
2Je comprends
1. Des ordres de grandeur à connaître
Les appareils électriques ont des puissances très différentes. Les appareils qui chauffent (fer, bouilloire, chauffe-eau, plaque de cuisson) ou qui refroidissent fortement (climatiseur) sont les plus puissants.
| Appareil | Ordre de grandeur de la puissance |
|---|---|
| Lampe basse consommation (DEL) | 5 à 15 W |
| Lampe à incandescence | 40 à 100 W |
| Chargeur de téléphone | 5 à 20 W |
| Ventilateur | 40 à 80 W |
| Téléviseur | 50 à 150 W |
| Réfrigérateur | 100 à 300 W |
| Fer à repasser | 1 000 à 2 000 W |
| Climatiseur | 1 000 à 2 500 W |
| Bouilloire électrique | 1 500 à 2 500 W |
2. La puissance totale d'une installation
Dans une maison, tous les appareils sont branchés en dérivation : chacun reçoit la même tension de 220 V et fonctionne indépendamment des autres.
La puissance totale reçue par une installation est égale à la somme des puissances des appareils qui fonctionnent en même temps :
Ptotale = P1 + P2 + P3 + …
3. L'intensité totale
En dérivation, l'intensité dans le circuit principal est la somme des intensités dans les branches. On la calcule plus simplement à partir de la puissance totale :
Itotale = PtotaleU
Plus on allume d'appareils, plus l'intensité dans les fils principaux augmente. Or un courant trop intense échauffe les fils : il peut faire fondre leur isolant et provoquer un incendie.
4. La puissance maximale admissible
C'est pour éviter ces surintensités qu'une installation est protégée par un disjoncteur (ou des fusibles). Le disjoncteur porte une intensité maximale Imax (son calibre) : si l'intensité totale la dépasse, il coupe le courant.
On en déduit la puissance maximale admissible de l'installation :
Pmax = U × Imax
Règle : l'installation fonctionne sans coupure tant que Ptotale ≤ Pmax, c'est-à-dire tant que Itotale ≤ Imax.
Méthode
Pour savoir si une installation va disjoncter :
- Je fais la liste des appareils qui fonctionnent en même temps avec leur puissance (en W).
- J'additionne : P totale = P1 + P2 + …
- Je calcule I totale = P totale / U (avec U = 220 V).
- Je calcule P max = U × I max, avec le calibre du disjoncteur ou du fusible.
- Je compare : si I totale > I max (ou P totale > P max), le disjoncteur coupe.
Exemple
Chez les Diallo, avant le branchement de la bouilloire, fonctionnent : 4 lampes de 15 W, un téléviseur de 80 W, un ventilateur de 60 W, un réfrigérateur de 150 W et un fer à repasser de 1 000 W.
P totale = 4 × 15 + 80 + 60 + 150 + 1 000 = 60 + 80 + 60 + 150 + 1 000 = 1 350 W.
I totale = 1 350 / 220 ≈ 6,14 A.
P max = 220 × 10 = 2 200 W.
1 350 W < 2 200 W : le disjoncteur ne coupe pas.
Exemple
Fanta branche en plus la bouilloire de 2 000 W.
P totale = 1 350 + 2 000 = 3 350 W.
I totale = 3 350 / 220 ≈ 15,2 A.
15,2 A > 10 A (ou 3 350 W > 2 200 W) : le disjoncteur coupe le courant.
Solution : ne pas utiliser le fer et la bouilloire en même temps. Sans le fer : P totale = 350 + 2 000 = 2 350 W, encore un peu trop. Le plus sûr : attendre la fin du repassage, puis éteindre le téléviseur et le réfrigérateur pendant les quelques minutes où l'eau chauffe : 2 350 − 80 − 150 = 2 120 W, inférieur à 2 200 W.
5. Choisir une protection et bien utiliser les multiprises
Chaque circuit d'une maison est protégé par son propre fusible ou disjoncteur, choisi selon la puissance des appareils qu'il alimente : un calibre faible pour l'éclairage, un calibre plus élevé pour les prises où l'on branche des appareils chauffants. On choisit le plus petit calibre supérieur à l'intensité totale prévue.
Une multiprise porte elle aussi une intensité maximale, par exemple 10 A, soit 220 × 10 = 2 200 W au maximum. Brancher dessus un fer, une bouilloire et un climatiseur est dangereux : la multiprise chauffe et peut prendre feu.
Attention : remplacer un fusible grillé par un fil de fer ou un fusible plus gros supprime la protection. C'est une cause fréquente d'incendies.
6. Économiser la puissance
Une lampe DEL de 10 W éclaire à peu près autant qu'une lampe à incandescence de 60 W. En remplaçant ses lampes, une famille diminue la puissance totale de son installation : elle risque moins de disjoncter et, comme tu le verras dans la leçon sur l'énergie, elle paie moins cher. C'est aussi très utile avec un kit solaire, dont la puissance disponible est limitée.
- 1Lister les appareils allumés en même temps et leur puissance.
- 2Additionner les puissances : P totale.
- 3Calculer I totale = P totale / 220.
- 4Comparer à l'intensité maximale du disjoncteur ou du fusible.
- 5Si c'est trop, éteindre un appareil puissant ou décaler son utilisation.
3Je retiens
Je retiens
Les appareils chauffants (fer, bouilloire, chauffe-eau) et les climatiseurs sont les plus puissants : de l'ordre de 1 000 à 2 500 W.
Dans une installation en dérivation : P totale = P1 + P2 + … (appareils fonctionnant en même temps).
Intensité dans le circuit principal : I totale = P totale / U.
Puissance maximale admissible : P max = U × I max (I max = calibre du disjoncteur ou du fusible).
Si I totale > I max, le disjoncteur coupe (ou le fusible fond) : c'est une protection contre l'échauffement des fils et l'incendie.
On choisit la protection juste au-dessus de l'intensité prévue ; on ne remplace jamais un fusible par un fil.
4Erreurs fréquentes
- Additionner des appareils qui ne fonctionnent pas en même temps : seuls ceux qui sont allumés ensemble comptent.
- Oublier de multiplier par le nombre d'appareils identiques : 4 lampes de 15 W font 60 W, pas 15 W.
- Comparer une puissance (en W) à une intensité (en A) : on compare I totale à I max, ou P totale à P max.
- Croire que le disjoncteur « tombe en panne » quand il coupe : il fait son travail de protection.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Range dans l'ordre croissant de puissance : réfrigérateur, lampe DEL, bouilloire, ventilateur, téléviseur.
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Lampe DEL (environ 10 W) < ventilateur (environ 60 W) < téléviseur (environ 100 W) < réfrigérateur (environ 150 W) < bouilloire (environ 2 000 W).
2Exercice 2
Dans une boutique de Kankan fonctionnent en même temps : 3 lampes de 60 W, un téléviseur de 100 W et un ventilateur de 70 W. La tension est de 220 V.
a) Calcule la puissance totale.
b) Calcule l'intensité dans le circuit principal (arrondie au centième).
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a) Ptotale = 3 × 60 + 100 + 70 = 180 + 100 + 70 = 350 W.
b) Itotale = 350220 ≈ 1,59 A.
3Exercice 3
Calcule la puissance maximale admissible d'une installation de 220 V protégée par un disjoncteur de :
a) 5 A ; b) 15 A ; c) 20 A.
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a) Pmax = 220 × 5 = 1 100 W.
b) Pmax = 220 × 15 = 3 300 W.
c) Pmax = 220 × 20 = 4 400 W.
4Exercice 4
(Type BEPC) Une maison alimentée sous 220 V est protégée par un disjoncteur de 10 A. On y utilise en même temps : un réfrigérateur de 200 W, cinq lampes de 40 W, un téléviseur de 150 W et un fer à repasser de 1 200 W.
a) Pourquoi les appareils d'une maison sont-ils montés en dérivation ?
b) Calcule la puissance totale reçue par l'installation.
c) Calcule l'intensité du courant dans le circuit principal (arrondie au centième). Le disjoncteur coupe-t-il ?
d) On branche en plus un climatiseur de 1 500 W. Que se passe-t-il ? Justifie par un calcul.
e) Propose une solution pour pouvoir utiliser le climatiseur.
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a) En dérivation, chaque appareil reçoit la même tension (220 V, sa tension nominale) et fonctionne indépendamment : on peut en allumer ou en éteindre un sans toucher aux autres.
b) Ptotale = 200 + 5 × 40 + 150 + 1 200 = 200 + 200 + 150 + 1 200 = 1 750 W.
c) Itotale = 1 750220 ≈ 7,95 A. Comme 7,95 A < 10 A, le disjoncteur ne coupe pas.
d) Ptotale = 1 750 + 1 500 = 3 250 W ; Itotale = 3 250220 ≈ 14,77 A. Comme 14,77 A > 10 A, le disjoncteur coupe le courant. (Autre justification : Pmax = 220 × 10 = 2 200 W et 3 250 W > 2 200 W.)
e) Ne pas utiliser le fer et le climatiseur en même temps. Sans le fer : Ptotale = 1 750 - 1 200 + 1 500 = 2 050 W ; I = 2 050220 ≈ 9,32 A < 10 A : le disjoncteur ne coupe pas. (Autre solution : demander un disjoncteur et une installation de calibre plus élevé, installés par un électricien.)
5Exercice 5
Le circuit des prises de la cuisine alimente une bouilloire de 2 000 W et un ventilateur de 60 W, utilisés en même temps. On dispose de fusibles de 2 A, 6 A, 10 A et 16 A. Lequel choisir ? Justifie.
Voir le corrigéCacher le corrigé
P = 2 000 + 60 = 2 060 W ; I = 2 060220 ≈ 9,36 A. On choisit le plus petit calibre supérieur à 9,36 A : le fusible de 10 A. (Les fusibles de 2 A et 6 A fondraient ; celui de 16 A protégerait moins bien les fils.)
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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