Les réseaux de distribution

Éclairage Et Installation Électriques 1961

Le courant est transmis de la centrale électrique par des lignes de transmission à haut voltage qui le dirigent vers les centrales de distribution.

Là il est converti par des convertisseurs (rotary converters) pour être dirigé par les artères aux réseaux de distribution qui alimentent les divers services des abonnés ou consommateurs.

La centrale de distribution est constituée soit par un groupe moteur-dynamo, soit par un transformateur.
Les artères (feeders) sont des conducteurs reliant une centrale de distribution aux réseaux de distribution.

Les réseaux (lines) représentent l'ensemble des lignes au départ desquelles sont situés les transformateurs qui convertissent le courant à un voltage inférieur ou qui transforment un courant à phase simple en courant à 3 phases.

Le service (supply) est le branchement fait sur un réseau du service électrique reliant le service des abonnés et constitué par leur fil d'amenée. (Fig. 45).

Fig. 45.—A partir de la génératrice, le courant peut être acheminé vers le circuit d'utilisation à 550 ou 220 volts. Le schéma ci-dessus nous fait voir un circuit d'éclairage 110-220 volts.

SERVICE DE DISTRIBUTION

Pour répondre aux différents besoins des abonnés, le courant est donc transformé aux réseaux de distribution, et à l'aide de transformateurs en courant:

a) de 550 volts,

b) de 220, ou

c) de 110 volts,

d) à simple phase, ou

e) triphasé — suivant qu'il sera employé pour la force motrice, le chauffage ou l'éclairage, ou même pour deux ou trois de ces usages à la fois.

DÉRIVATION

La dérivation est la. disposition d'un circuit électrique dans un système à deux ou trois fils dans lequel deux points au moins se trouvent réunis par deux conducteurs.

Une dérivation ne peut être faite que pour une catégorie de service à la fois, c'est-à-dire soit pour l'éclairage, le chauffage ou la force motrice.

Il en est de même pour le voltage dans un système de 550 volts à 3 fils: on ne peut faire qu'une dérivation 220 volts, à 2 fils pour force motrice ou chauffage.

Pour l'éclairage, on se servira de lampes de 110 volts en série. (Fig. 46).

Fig. 46.— Exemple de dérivation des fils de divers circuits à partir de 550 volts à trois fils. Une partie du courant est dérivée vers un moteur utilisant 220 volts; l'autre vers un circuit d'éclairage à 110 volts; enfin le courant peut être utilisé à 220 volts pour le chauffage ou à 550 pour fins industrielles.

FILS CONDUCTEURS

Le cuivre est le métal le plus employé pour la transmission de l'énergie électrique. On l'utilise d'une manière exclusive pour les installations et la fabrication des appareils électriques.

Pour les installations extérieures, comme les lignes téléphoniques et télégraphiques, on emploie du fil ou broche, en fer galvanisé. Pour les lignes de transmission, on emploie un alliage de cuivre et de zinc, le laiton, ou d'autres alliages permettant au courant de franchir de longues portées.

Le diamètre de ces fils peut varier de 1/8 à 3/8 de pouce.

Pour les installations intérieures jusqu'à 1/10" et plus pour les circuits d'une certaine résistance, on emploie un simple fil, mais pour les conducteurs de calibre supérieur au No 8 B. & S. (Calibre de Brown & Sharpe), on obtient une meilleure conductibilité par un faisceau de fils plus petits. (Fig. 47).

Fig. 47.— Cordon flexible comportant 2 fils formés chacun de plusieurs brins et servant aux installations intérieures.

Les fils de cordons flexibles employés pour les suspensions (drop) et extensions doivent se composer de plusieurs brins afin de les rendre plus souples et plus flexibles.

ISOLATION DES FILS

Tous les fils employés dans les circuits et courses à l'intérieur des bâtisses doivent être recouverts, afin de les isoler et de les protéger contre tout contact et toute détérioration.

Les fils conducteurs sont isolés de trois façons:

1° en utilisant le caoutchouc vulcanisé. Le caoutchouc, comme on le sait, est une substance élastique et résistante, extraite par incision de plusieurs arbres et lianes de l'Asie, d'Afrique ou d'Amérique.

Traité par le soufre ou vulcanisé, le caoutchouc est beaucoup employé dans la fabrication des câbles et accessoires pour appareils et machines électriques. Certains plastiques ont les mêmes propriétés isolantes et servent aux mêmes usages.

2° Les fils peuvent être isolés au moyen d'une légère couche de caoutchouc recouverte de toile ou cambrai, coton ou corde d'amiante tressée, que l'on enduit d'une substance isolante et imperméable, le chatterton, composé de gutta-percha et de goudron.

La Gutta-percha est une gomme-résine extraite d'un arbre indigène provenant de Sumatra, île située entre l'océan Indien et la mer de Chine.

3° Les fils conducteurs, en plus d'être isolés avec du caoutchouc, peuvent être recouverts d'une gaine métallique pour mieux les protéger contre tout dommage. C'est ce qu'on appelle le câble armé dont nous dirons un mot plus loin.

FILS À L'ÉPREUVE DES INTEMPÉRIES

Fils à tressage simple.— Le conducteur à l'épreuve des intempéries (weatherproof) consiste en un fil de cuivre recouvert d'une composition isolante, puis d'un tressage de coton enduit de chatterton ou autre substance imperméable et résistante.

Ce genre d'isolation n'est employé que pour les fils de calibre moyen: à partir du n° 8 et calibres inférieurs.

Fils à tressage double

Pour les fils de calibre supérieur au n° 8, le métal doit être isolé au moyen d'un ruban de caoutchouc en dessous du tressage ou être recouvert d'un double tressage de caoutchouc ou autre matière isolante. (Fig. 48).

Fig. 48.— Divers modes d'isolation des fils:

a) cuivre solide recouvert d'amiante, de caoutchouc et d'amiante tressée ;

b) cuivre solide recouvert de caoutchouc noir, d'amiante feutrée, de caoutchouc ou de chatterton et d'amiante tressée ;

c) cuivre solide isolé par du caoutchouc noir, un tressage imprégné d'une substance à l'épreuve des intempéries et enfin d'une couche de plomb qui empêche toute humidité d'atteindre le fil chargé.

DOUBLE FIL À GAINE (Loomex)

Le double fil à gaine, connu sous le nom anglais de "loomex", est un ensemble de deux fils parallèles qui sont isolés et réunis dans une même gaine ou enveloppe tressée. Cette enveloppe, à son tour, est enduite d'une substance qui en fait une membrane ignifuge, imperméable et résistante. (Fig. 49).

Fig. 49.— Double-fil à gaine, connu sous le nom de "Loomex" ou "Braidex" (sheathed cable), et isolé d'une substance résistant au feu et à l'humidité. Il doit être installé par courses ininterrompues allant d'une sortie à l'autre — sans épissures.

Ce double fil est très apprécié pour le posage des conducteurs dans les installations électriques à l'intérieur, surtout pour les résidences. À l'épreuve de l'humidité et du feu, le double fil à gaine est facile à installer, se pose rapidement, a belle apparence et est des plus économiques.

Il ne se fabrique qu'en calibre n° 14, 12 et 10 B. S.

Une même gaine peut contenir aussi trois fils. C'est surtout pour les commutateurs à pôles multiples que ce dernier fil est employé.

LES CÂBLES

Le câble est un ensemble de fils réunis électriquement et mécaniquement pour former un conducteur unique. Il consiste en un faisceau de petits fils de cuivre tordus ensemble, recouverts de caoutchouc, d'un tressage et d'une enveloppe imperméable et résistante. (Fig. 50).

Fig. 50.— Câble formé d'un faisseau de fils réunis sous une même enveloppe. Celui que nous illustrons ici peut résister au feu, à l'humidité, aux huiles et aux vapeurs corrosives; il est utilisé pour le courant de 8,000 volts.

Comme c'est le cas pour les fils isolés à l'épreuve des intempéries, ce faisceau de fils recouvert de caoutchouc peut être revêtu d'un double ou d'un triple tressage, imperméabilisé et ignifugé à combustion lente.

Fig. 51.— Double-câble flexible à gaine métallique, connu sous le nom de "BX" (armored cable); a) doubles-fils isolés et recouverts de plomb, insérés dans une armure métallique flexible; b) coupe du double-câble montrant la disposition des fils, de l'isolant, de la gaine et de la douille en plastique que Ton insère à son extrémité; c) câble simple, à gaine métallique, surtout employé comme fil de terre (ground).

CÂBLE À GAINE

Le câble se compose également, en certains cas, de plusieurs conducteurs isolés séparément et réunis dans une seule et même gaine. Cette gaine peut être renforcée ou recouverte de plomb. (Fig. 50 et 51).

CORDON FLEXIBLE

Le cordon flexible, dont nous avons déjà parlé, est employé pour les suspensions de lampes électriques (drop) ainsi que pour les extensions, pour relier les lampes portatives aux prises de courant. (Fig. 47).

Le cordon flexible se compose de deux conducteurs à plusieurs brins, isolés avec du caoutchouc, recouverts d'un tressage de coton ou de soie de deux couleurs et tressés ensemble pour former un cordon unique et souple.

Le cordon flexible comporte deux conducteurs équivalant au calibre n° 18 ou 16 B. & S.

Leur isolation ne doit pas être moindre de 1/32".

Leur pesanteur approximative par mille pieds est de 34 lbs pour le n° 18, de 37 lbs pour le n° 16 avec l'enveloppe de coton, et de 25 et 27 lbs respectivement, avec l'enveloppe de soie.

SYSTÈMES DE DISTRIBUTION DU COURANT

Les principaux systèmes de distribution du courant électrique peuvent se classer comme suit:

1 ° installations en série,
2 ° installations en parallèle, et 3° installations en série-parallèle.

Le système en série représente l'arrangement le plus simple pour la disposition des lampes, moteurs ou autres appareils alimentés par l'énergie électrique.

Le courant, émanant du pôle positif de la dynamo, passe par les lampes à la suite les unes des autres et, finalement, retourne au pôle négatif.

Le courant demeure pour ainsi dire constant, mais le voltage diminue dans le circuit en proportion directe de la résistance qu'il rencontre chemin faisant ; la différence de pression entre les deux points du circuit est égale au courant en ampères multiplié par la résistance en ohms incluse entre eux. (Fig. 50).

Si l'on prend un potentiel constant de 1,000 volts alimentant 20 lampes de 45 watts, il y aura une perte de voltage de 5 volts entre chaque lampe; la différence de pression entre les deux pôles sera donc de 50 (45 + 5), multiplié par le nombre de lampes placées sur ce circuit, ce qui donnera 1,000 volts. (Fig. 52).

Fig. 52.— Installation en série de plusieurs lampes sur le même circuit. Pour alimenter 20 lampes de 45 volts chacune, il faut un courant de 1,000 volts au départ de la dynamo.

Ce système est employé pour fournir l'énergie aux lampes à arc ; on en place jusqu'à 60 sur un même circuit, qui atteint une pression d'environ 3,000 volts. Ce système est aussi employé pour la télégraphie, et permet l'usage du fil unique.

Pour l'éclairage, ce système exige deux fils.

On dit que les lampes sont placées en série lorsqu'elles sont disposées les unes à la suite des autres de manière que le courant passe d'une lampe à l'autre; en éteignant une lampe, on éteint les autres.

Si une lampe vient à brûler, ou si un filament se casse, les autres s'éteignent. Le circuit étant interrompu, il faut alors chercher la lampe défectueuse en procédant par élimination. (Fig. 53).

Fig. 53.— Un courant de 550 volts ne peut alimenter que 5 lampes de 110 disposées en série. Si l'une des lampes brûle, toutes les autres s'éteignent.

Les petites ampoules de couleurs que l'on utilise pour les décorations des arbres de Noël étaient naguère installées d'après ce principe, et l'on en place huit sur chaque circuit; lorsqu'une lampe fait défaut, on les remplace les unes à la suite des autres. (Fig. 54).

Fig. 54.— Les petites ampoules utilisées dans la décoration des arbres de Noël sont généralement disposées en série de 8 sur un circuit de 110 volts.

SYSTÈME EN PARALLÈLE (2 fils)

Ce système est le plus employé avec les lampes à incandescence; la pression sur chaque lampe est la même que celle du circuit, et les lampes peuvent être allumées ou éteintes indépendamment, c'est-à-dire sans affecter les autres. (Fig. 55).

Fig. 55.— Installation en parallèle, qui permet à chaque lampe de recevoir le même courant, et d'être allumée ou éteinte sans affecter les autres qui s'alimentent au même circuit.

Dans un circuit en parallèle, deux fils partent de la dynamo: le positif et le négatif. Les lampes et moteurs doivent être reliés avec deux fils.

Le système de distribution du courant en parallèle permet de maintenir un courant uniforme et sert, pratiquement, à alimenter toutes les lampes à incandescence, ainsi que pour la transmission de la force motrice.

Le courant demeure constant, mais le voltage varie légèrement ; c'est ce que l'on appelle la perte de potentiel. Le principe général de ce système peut être démontré par la figure 56.

Prenons comme exemple 6 lampes ayant une résistance de .05 ampère à 110 volts. La perte de potentiel sera d'environ 3 ampères, et la dynamo ou circuit devra pouvoir fournir un courant de 3 ampères avec une pression de 110 volts. (Fig. 56).

Fig. 56.— Perte de potentiel sur un circuit par suite de la consommation du courant absorbé par chaque lampe.

SYSTÈME EN SÉRIE PARALLÈLE

Ce système est une combinaison des deux précédents et est employé lorsque l'on veut utiliser des lampes d'un certain voltage sur un circuit d'un voltage supérieur.

On installe ce système, par exemple, dans les édifices publics, où l'on doit employer un courant de 550 ou 220 volts à 2 fils pour la force motrice, et où les machines prennent la majeure partie du courant.

D'une manière ou d'une autre, si l'on utilise le courant pour l'éclairage, on doit placer les lampes sur un circuit séparé. (Fig. 57).

Fig. 57.— Installations en circuit parallèle: a) lampes de 110 volts alimentées par séries de deux à même un courant de 220 volts; b) lampes de 220 volts alimentées par séries de deux à même un courant de 550 volts.

SYSTÈME EN PARALLÈLE (3 fils)

Lorsque les circuits sont d'une certaine longueur et qu'il y a une forte quantité de courant employé, il est préférable d'avoir recours au système à trois fils.

Avec ce système, on peut faire usage de deux voltages, dont l'un de 550 volts et l'autre de 220, ou l'un de 220 volts et l'autre de 110 volts, le premier pour la force motrice ou le chauffage, le second pour l'éclairage. (Fig. 58).

Fig. 58.— Installation en parallèle comportant trois fils : a) circuit de 550 volts alimentant des lampes de 220 en parallèle et un moteur de 550; b) circuit de 220 volts alimentant des lampes de 110 en parallèle et un poêle à 220 volts.

La pression entre les fils extérieurs transmise par une dynamo, offre le plein voltage en direction opposée ; le fil du milieu, connu sous le nom de fil neutre, complète le circuit de chaque côté, le courant venant de l'un dans une direction et de l'autre dans la direction opposée ; par conséquent, le courant de même ampérage venant de chaque fil se neutralise dans le fil du centre, où il n'y a pour ainsi dire pas de courant.

Avec un courant de 7 ampères sur l'un des fils extérieurs et de 5 ampères sur l'autre, le courant dans le fil neutre sera de 2 ampères.

PHASES DANS UN CIRCUIT

Afin d'obtenir le meilleur résultat de ce système, on doit l'installer de manière à obtenir la même charge en distribuant les lampes également de chaque côté du fil neutre. Dans ce cas, le fil neutre peut avoir un diamètre du tiers ou de la moitié inférieur à celui des côtés.

La fig. 59 fait voir un circuit divisé en trois décharges égales, formant un circuit à 3 phases séparées.

Fig. 59.— Répartition des charges d'un circuit de 220 volts sur trois branchements différents de 110 volts tous reliés au même fil neutre de retour.

DÉSIGNATION DES DIFFÉRENTS CIRCUITS

SERVICE ET BRANCHEMENT

Le courant électrique amené par les artères aux réseaux de distribution parvient aux abonnés au moyen de fils que l'on peut appeler le service.

Sur ces fils de service se fait le branchement des fils fournissant l'énergie à l'installation intérieure et que l'on peut appeler l'amenée. Ce terme suggère une certaine analogie à l'eau d'une tuyauterie, comparaison employée pour la pression du courant électrique.

Les fils d'amenée ou l'amenée comprendront le circuit à partir du branchement de service du courant, et auquel aucun raccordement n'est fait si ce n'est à ses extrémités.

L'amenée sert donc de branchement, des fils du service électrique au compteur et coupe-circuit du tableau de distribution, et de là aux panneaux de distribution placés aux divers étages.

Le centre de distribution comprend plus spécialement les points d'alimentation des divers circuits de l'installation.

Le centre d'alimentation (load center) est le point d'alimentation moyen situé entre l'extrémité d'un circuit et son point de départ ; c'est le point le plus chargé de lampes.

Prenons un circuit de 75 pds de longueur ; le courant alimentant 6 lampes, transmis sur une distance de 40 pds diminuera graduellement jusqu'à la dernière lampe, le point moyen d'alimentation sera entre la troisième et la quatrième, à environ 55 pieds, et que l'on peut appeler le noeud de charge, qui déterminera le diamètre du fil par rapport à sa longueur. (Fig. 60).

Fig. 60.— Détermination du noeud de charge d'un circuit d'utilisation.

Par conséquent, en appliquant les fils de départ au centre du circuit, on réduit la grosseur des fils. (Fig. 61).

Fig. 61.— Les fils doivent diminuer de grosseur si la charge qu'ils supportent n'est pas excessive.

Un circuit comprend les fils conducteurs reliant une lampe ou un appareil électrique à la source d'alimentation.

Une course (raceway), dans une installation électrique d'intérieur, comprend l'espace parcouru par un circuit, ou le trajet de ce circuit.

Le terme s'applique plus spécialement aux fils montés en surface sur des isolateurs ou des double-fils à gaine fixés au moyen de petits étriers.

Une colonne montante (riser) comprend les circuits disposés verticalement à l'intérieur d'un édifice. C'est aux fils de cette «colonne» que l'on branche les circuits des divers étages.

Fig. 62.— Répartition des circuits d'utilisation à 110 volts aux divers étages à partir d'une colonne montante (riser) de 220 volts à trois fils.

Lorsqu'on utilise le système à trois fils pour l'éclairage seulement, les courses à trois fils se limitent au centre de distribution, d'où le courant est dérivé sur deux fils pour chaque circuit divisé séparément et le plus également possible sur l'un des côtés du système.

II en est de même pour un circuit vertical à trois fils disposé en colonne montante; le courant y est dérivé sur deux fils de chaque côté du panneau de distribution à chaque étage. (Fig. 60).

CALIBRE ET JAUGE DES FILS ÉLECTRIQUES

La grosseur ou diamètre des fils conducteurs est établie par le numéro de calibre du fil de cuivre. Leur capacité ou résistance en ampères constitue ce que l'on peut appeler leur jauge.

Le calibre est une grosseur ou plutôt le diamètre établi d'un objet cylindrique servant de mesure pour les autres de même espèce; il ne faut pas confondre le calibre (gauge ou gage) avec la jauge qui est une mesure de capacité, de volume, de contenance.

CALIBRE C. M.

En Amérique, le calibre des fils est déterminé d'après l'unité anglaise C. M. (Circular Mil) qui n'est, en somme, que la surface d'un cercle d'un millième de pouce et dont le diamètre peut être obtenu en extrayant la racine carrée de la surface en C. M.

Les principales dénominations sont les calibres CM. 0, 00, 000, 0000, les plus employés pour les fils de transmission et de distribution.

Ce calibre réfère à la surface de section et non au diamètre du fil; la surface de section CM. sera donc égale au diamètre au carré en millièmes.

CALIBRE B. & S.

Il y a aussi le calibre B. & S. provenant des manufacturiers Browne & Sharpe, et plusieurs autres calibres dont on trouvera, à la fin de ce volume, la valeur comparée.

JAUGE DES FILS

La jauge ou capacité de sécurité des fils permise pour divers circuits des installations électriques à l'intérieur, a été fixée d'une manière pratique à la suite de recherches et d'expériences faites par les ingénieurs électriciens ; leurs données ont servi de base aux clauses du code international et de notre code provincial d'électricité.

Les tables ou barèmes de ces organismes établissent les limites de charge des fils selon les différents lieux et leur emploi pour les diverses installations électriques, cela, afin de prévenir tout accident aux personnes et d'enrayer toute cause d'incendie provenant d'installations électriques.

Ces tables sont pour la plupart reproduites dans les catalogues des divers fournisseurs d'appareils et accessoires électriques ; nous les publions à la fin de ce volume.

Fig. 63.— Jauge américaine standardisée des fils. Grâce à cet appareil, on distingue très rapidement la grosseur
ou calibre des fils électriques.

Ces tables permettent de discerner le numéro de calibre des fils conducteurs les plus appropriés ou d'en faire la vérification lorsqu'ils sont installés.

Afin de juger rapidement du calibre d'un fil, on se sert de jauges standardisées, dont la figure 63 nous montre un modèle courant.

PESANTEUR DES FILS

Le fil de cuivre se vend à la livre s'il est nu, et au mille pieds de longueur s'il est isolé de caoutchouc ou d'autres substances à l'épreuve des intempéries.

BASE DE LA RÉSISTANCE DES FILS

La base de résistance des fils en cuivre est établie d'après la résistance d'un fil de 1/10 de pouce, ou calibre n° 10, dont la résistance est d'un Ohm par mille pieds de longueur.

L'on constate que la jauge permise pour les fils isolés en caoutchouc est inférieure à celle des fils isolés en cambrai et autres substances à l'épreuve des intempéries, du fait que le caoutchouc se détériore plus facilement sous une chaleur intense et est plus inflammable.

RESTRICTIONS

Aucun fil plus petit que le calibre n° 14 ne peut être employé pour les installations électriques, excepté les fils de calibres nos 16 et 18 pour le montage des lustres et appareils, les cordons flexibles servant à la suspension des lampes et les extensions d'au plus 12 pieds pour les lampes portatives.

Les fils de calibre n° 6 à 1 sont surtout employés pour desservir lés différents circuits ; les fils n° 15, 9 et 7, non indiqués dans ces tables, ne sont pas d'ordinaire sur le marché, et on se les procure sur demande.

Les n° 0 à 000 sont employés comme fils de transmission ou artères de branchements à partir des réseaux. Les câbles 0 à 000 servent comme fils d'amenée jusqu'aux coupe-circuit et pour les tableaux de distribution.