Décrochement, évasement et éclisse : comment se fabrique un raccordement de canalisation

Presque tout ce qui est publié sur les canalisations électriques préfabriquées décrit le système fini : caractéristiques assignées, coffrets de dérivation, indice IP, séquence de pose. Très peu décrit comment le raccordement est réellement formé, ce qui est curieux, car le raccordement est la partie que le fabricant doit produire et celle qui décide si la liaison passe un essai d'échauffement. Trois opérations de formage transforment de la barre brute en extrémités de canalisation : le décrochement, l'évasement et l'éclisse. Voici ce que chacune fait et ce qu'elle exige de la machine qui la réalise.

L'empilage a un pas dans la liaison et un autre au raccordement

La canalisation de type sandwich empile ses conducteurs face contre face avec un film isolant mince entre eux. C'est tout l'intérêt de cette construction : un entraxe minimal donne une surface de boucle minimale, donc une faible réactance et une faible chute de tension même à mauvais facteur de puissance. Dans une liaison tétrapolaire à barres de 6 mm et isolant de 0,5 mm, les centres de conducteurs sont distants d'environ 6,5 mm.

Au raccordement, cet entraxe ne peut pas tenir. Chaque paire de conducteurs doit être serrée entre deux plaques conductrices, et la paire de plaques de chaque phase doit être séparée de la phase suivante par un isolant assez épais pour satisfaire la distance d'isolement et la ligne de fuite revendiquées par la conception. Le pas des conducteurs à l'intérieur d'un bloc de raccordement vaut typiquement trois à quatre fois le pas de la liaison. Les conducteurs doivent donc être écartés à l'approche de l'extrémité de raccordement, chacun d'une valeur différente, et chacun doit arriver exactement à la hauteur qu'attend le bloc.

Ce déplacement, c'est le décrochement. C'est une paire de plis couplés dans le même sens, qui translatent la barre de son plan de liaison à son plan de raccordement en laissant les deux faces parallèles. La barre A monte de 9 mm, la barre B monte de 3 mm, la barre C descend de 3 mm, la barre D descend de 9 mm. Les valeurs dépendent entièrement du bloc de raccordement, mais le motif est symétrique par rapport à l'axe médian de l'empilage et les faces d'extrémité finissent toutes sur la référence que le bloc définit. Ratez le déport d'une seule barre d'un demi-millimètre et ses éclisses entrent de travers, l'empilage de rondelles Belleville se charge inégalement, et cette phase-là chauffe plus que les trois autres pour toute la vie de la liaison.

L'effort de formage du décrochement

Le décrochement paraît petit sur un plan et n'est pas petit sur une presse. Deux facteurs déterminent l'effort. Le premier est la section : l'effort en pliage varie avec la largeur et avec le carré de l'épaisseur. Le second est plus souvent sous-estimé. Les deux plis d'un décrochement sont proches l'un de l'autre : l'ouverture de matrice effective est donc courte, et une portée courte demande un effort élevé pour une flèche donnée, de la même façon qu'une poutre courte demande plus de charge qu'une longue.

Une vérification en ordre de grandeur suffit à le montrer. Prenez du Cu-ETP de 300 mm × 6 mm à l'état demi-dur, R240/H065 selon EN 13601, résistance à la traction 240–300 N/mm². La capacité en traction de la section pleine de cette barre est d'environ 480 kN. Un pliage plastique local n'en demande qu'une fraction, mais pas une petite fraction dès lors que l'ouverture de matrice est courte et que la matière est écrouie par le premier pli avant que le second ne commence. Une machine de formage de canalisation dont la station de décrochement est donnée à 300 kN, comme la ligne EMAC-BDM, est dimensionnée exactement pour cela : des déports répétés dans du cuivre large et dur, sans que le coulisseau ne fléchisse assez pour changer le déport d'une barre à la suivante.

Le retour élastique compte ici autant qu'en cintrage de jeux de barres ordinaire, et il est plus difficile à compenser. Un pli simple n'a qu'un angle à corriger. Un décrochement comporte deux plis dont les retours élastiques se compensent partiellement, et le résidu s'exprime comme une erreur de déport et non comme une erreur d'angle : l'opérateur voit donc une barre qui s'ajuste mal plutôt qu'une barre visiblement au mauvais angle. C'est pourquoi les déports de décrochement se règlent comme une cote programmée contre une butée, et non à l'œil.

L'évasement est une amorce, pas un second décrochement

Le décrochement fixe où se place la barre. L'évasement est un pli faiblement incliné à l'extrémité même du conducteur, s'ouvrant à l'écart de l'axe du raccordement, et son rôle est de permettre à la barre de trouver sa fente. Assembler un raccordement de canalisation sur site, c'est glisser les extrémités de conducteur nues d'un tronçon dans le bloc déjà monté sur le tronçon voisin, en hauteur, sur une nacelle, souvent dans une position inconfortable. Sans amorce conique, la barre accroche l'arête de l'éclisse ou l'isolant, le monteur force, ce qui raye le revêtement et injecte des copeaux de cuivre dans le raccordement.

La terminologie varie d'un constructeur à l'autre. Certains appellent évasement toute l'opération de formage d'extrémité, d'autres réservent l'évasement au chanfrein d'entrée et le décrochement au déport, et certains catalogues emploient les deux mots pour la même station. Ce qui compte à l'atelier, c'est que les deux entités ont des tolérances différentes. Le déport est une cote d'ajustement et doit tenir à quelques dixièmes de millimètre. L'angle d'évasement est une caractéristique de manutention et un degré de plus ou de moins ne change rien, ce qui explique pourquoi les machines qui le forment le font généralement avec un angle programmable plutôt qu'avec un outil dédié. Sur l'EMAC-BDM, la course d'évasement est de 30 mm, l'angle étant réglé dans le programme : un changement de bloc de raccordement n'implique donc pas de changement d'outillage.

Une conséquence pour la planification : comme le conducteur est coupé à longueur et formé dans le même bridage, la référence de longueur et la référence de déport sont les mêmes. Si la coupe et le formage ont lieu sur des machines distinctes avec des montages distincts, chaque transfert ajoute une erreur de cumul à une cote qui n'a aucun jeu.

Éclisses et séquence poinçonner, étirer, couper

L'éclisse (plaque de jonction, plaque de connexion ou barrette, selon le plan que vous lisez) est le plat conducteur qui relie deux conducteurs bout à bout et transporte le courant à travers le raccordement. Dans un raccordement en about, elle porte tout le courant de phase sur la longueur du recouvrement, ce qui fait de sa section, de son revêtement et de sa planéité des paramètres électriques et non mécaniques.

Le matériau est normalement le même alliage que le conducteur — Cu-ETP pour les systèmes cuivre — dans une épaisseur plus faible : 3 à 4,5 mm est la fourchette usuelle, contre 5 à 10 mm pour le conducteur lui-même. Les systèmes aluminium emploient des plaques en aluminium pour la même raison. Une plaque cuivre sur une barre aluminium place un couple bimétallique dans la partie la plus chaude et la moins accessible de la liaison.

La séquence de formage sur une machine à éclisses dédiée est : poinçonner, étirer, couper. L'opération intermédiaire porte plus d'intention de conception que son nom ne le suggère.

Poinçonner perce le trou de passage de boulon dans le feuillard. Du poinçonnage ordinaire, sauf que la position du trou est la seule entité auto-positionnante du raccordement : sa tolérance est donc la tolérance de tout l'assemblage.

Étirer, parfois appelé bombage ou matriçage, tire un bossage en relief hors de la plaque, autour du trou ou à côté. Ce bossage est une entretoise. Quand deux plaques se font face, bossages en contact, la hauteur de bossage fixe l'écart entre elles, et cet écart est la fente où entre le conducteur. Il joue aussi le rôle de butée dure contre l'enfoncement excessif : un monteur ne peut pas pousser une barre au point d'écraser l'isolant de phase derrière la plaque. La technique est ancienne et bien documentée : le brevet américain 5760339 décrit des languettes d'espacement formées à partir de la matière déplacée lors du perçage, maintenant l'écartement des plaques et limitant la profondeur d'insertion exactement de cette façon. Former l'entretoise dans la plaque elle-même retire une pièce de la nomenclature et retire un cumul de la chaîne de cotes.

Couper cisaille la plaque finie hors du feuillard. Comme le feuillard est traité en continu et cisaillé en dernier, il n'y a pas de chute entre les plaques.

Pourquoi la précision de pas des trous se cumule

Une machine à éclisses dédiée est spécifiée sur la précision de pas des trous plutôt que sur l'effort, et la raison en est l'erreur cumulative.

Prenons d'abord le cas à l'intérieur d'un raccordement. Toutes les plaques d'un bloc partagent un même boulon. Si le trou d'une plaque se trouve à 0,3 mm hors position, cette plaque ne peut pas se centrer sur le boulon : les rondelles Belleville la chargent donc excentriquement. La résistance de contact d'un raccordement boulonné est fixée par l'aire de contact réelle au sommet des aspérités, qui ne représente qu'une petite fraction de l'aire de recouvrement apparente, et cette aire réelle dépend de la répartition de la pression. Rendez la pression dissymétrique et vous perdez du contact d'un côté de la plaque plus vite que vous n'en gagnez de l'autre. Le raccordement s'assemble quand même, passe quand même un contrôle de continuité, et fonctionne quelques kelvins plus chaud que ses voisins. Sur une durée de vie de conception qui se compte en décennies de cyclage de charge, c'est ainsi que les raccordements se dégradent.

Passons au cas le long de la liaison. Une canalisation est implantée d'après la géométrie du bâtiment : la liaison part d'un tableau et se termine en un point fixe, et la somme de toutes les longueurs de tronçons et de tous les jeux de raccordement doit tomber sur ce point. Un feuillard usiné à ±0,1 mm/m accumule au plus 0,6 mm bout à bout sur une longueur de 6 m. Une machine tenant ±0,5 mm/m accumule 3 mm sur le même feuillard. Sur une liaison de 60 m construite en tronçons de 3 m, cela fait une vingtaine de raccordements. Si l'erreur est systématique plutôt qu'aléatoire, la liaison dérive de vingt fois l'erreur par tronçon dans le même sens — et l'erreur machine est généralement systématique, car elle vient d'une vis à billes ou d'un codeur et non d'un bruit. Six millimètres de dérive sont absorbés par le jeu du raccordement. Trente, non, et le dernier tronçon n'entre pas.

La raison de tenir mieux que ±0,1 mm/m est donc arithmétique : cela maintient l'erreur cumulée à l'intérieur du jeu de raccordement pour lequel le bloc a été conçu.

Assemblage : le raccordement à un boulon

Les raccordements de canalisation modernes sont conçus à un seul boulon. Un boulon à haute résistance traverse tout l'empilage — isolant, plaque, conducteur, plaque, isolant, phase après phase — et une seule opération de serrage comprime toutes les interfaces de contact du raccordement. Les valeurs publiées sur de grandes gammes de canalisations sandwich situent l'effort de serrage de ce boulon unique au-dessus de 4 000 lbf, soit environ 18 kN, réparti sur les faces de contact par des rondelles-ressorts coniques de grand diamètre. Au-dessus d'environ 2 000 A, les mêmes gammes passent à deux ou trois boulons, un par groupe de conducteurs, car un boulon unique ne peut plus répartir la pression uniformément sur un conducteur plus large.

Le boulon est en général un écrou à rupture à double tête. La tête extérieure est usinée pour casser à un couple défini, en laissant la tête intérieure en place : une inspection visuelle peut donc confirmer que chaque raccordement d'une liaison a été correctement serré, sans clé dynamométrique et sans certificat d'étalonnage pour cette clé. Certaines conceptions ajoutent un disque indicateur coloré qui tombe lorsque la tête casse.

Rien de tout cela ne sert si les pièces qui alimentent le bloc sont hors tolérance. Le bloc suppose un conducteur à une hauteur connue avec un revêtement connu, une éclisse dont le trou est en position connue et le bossage de hauteur connue, et des faces assez planes pour que la pression d'un seul boulon les atteigne toutes.

Où se situent les normes

Deux documents encadrent la canalisation dans la plupart des appels d'offres, et ils ne se recouvrent pas comme on le suppose.

UL 857 est la norme produit nord-américaine des canalisations préfabriquées. Son domaine d'application va jusqu'à 600 V et 6 000 A, et couvre les canalisations de branchement, de distribution et de circuit terminal. La conformité passe par un listing NRTL avec inspections d'usine de suivi, ce qui signifie que la construction qui a été essayée est celle que vous êtes tenu de continuer à produire. NEMA BU 1 l'accompagne comme norme produit et, avec BU 1.1, couvre la manutention et l'installation des canalisations de 100 A et plus.

IEC 61439-6

est la partie « canalisations préfabriquées » de la série IEC 61439. Vérifiez son domaine d'application avant de la citer. Elle s'applique aux systèmes de canalisations préfabriquées jusqu'à 1 000 V AC ou 1 500 V DC et, contrairement à UL 857, elle n'énonce aucun plafond de courant. Elle ne peut pas non plus être utilisée seule : elle est rédigée comme un différentiel par rapport à IEC 61439-1 et doit se lire avec elle, exactement comme IEC 61439-2. Elle a remplacé IEC 60439-2 et a fait entrer la canalisation dans la structure de vérification qu'emploie le reste de la série : essai, calcul, ou comparaison avec une conception de référence vérifiée. Pour un fabricant, la conséquence pratique de cette troisième voie est que votre procédé doit être assez reproductible pour que les unités que vous expédiez soient comparables à celle qui a été vérifiée. L'obligation retombe sur la production, pas sur le service documentation.

Aucune de ces normes ne vous dit comment former un décrochement. Toutes deux font des conséquences d'un décrochement mal formé votre problème.

Ce que la charge des centres de données fait au raccordement

Les raccordements de canalisation étaient autrefois une considération secondaire, à faible courant, dans une conception de distribution. Cela a changé. À mesure que les baies passent d'une base de 5–15 kW à des armoires optimisées pour l'IA absorbant 60, 80 et plus de 100 kW, des dérivations et des raccordements assignés à 400 A permanents et au-delà sont devenus ordinaires plutôt qu'exceptionnels. Un raccordement qui passe sa vie à 400 A au lieu de 100 A dissipe seize fois la puissance pour la même résistance de contact, dans le même volume clos, avec le même isolant juste à côté.

Cela change ce que le fabricant doit maîtriser. Le revêtement des faces de contact cesse d'être une ligne de coût que l'on peut supprimer par optimisation. La planéité de l'éclisse cesse d'être cosmétique. Et la marge d'échauffement qui absorbait autrefois un raccordement approximatif n'est plus là. Pour voir à quelle vitesse la température du conducteur évolue avec le courant à section donnée, le calculateur d'intensité admissible rend la relation I²R concrète.