Protection et agencement des systèmes de distribution

Montages Électriques 1965

L'article 14-000 du code canadien exige:

(a) des dispositifs de protection sur tout appareil électrique et sur les conducteurs non mis à la terre, dispositifs approuvés et destinés à ouvrir automatiquement le circuit électrique si le courant atteint une valeur risquant de produire une température dangereuse dans le conducteur ou dans l'appareil (fig. 17.1, 17.2 et 17.3);

(b) des dispositifs approuvés, manoeuvrables à la main, qui permettent de débrancher simultanément tous les conducteurs d'un circuit non mis à la terre, au point d'alimentation (fig. 17.1 et 17.2).

Les dispositifs de protection (overcurrent devices) dans les systèmes d'éclairage sont les fusibles (fuses) et les disjoncteurs (circuit-breakers).

Fusibles

Un fusible consiste essentiellement en une lame d'un métal à point de fusion peu élevé — habituellement un alliage d'aluminium et de zinc — et enfermée dans une douille.

Il existe deux catégories de fusibles : les fusibles à bouchon et les fusibles cartouches ; les uns et les autres peuvent être du type "standard" ou du type "à retard" (time lag).

Dans les fusibles ordinaires (type standard), la lame doit pouvoir porter indéfiniment un courant 10% plus élevé que le courant calibré et fondre immédiatement dès que la surcharge dépassera 25%.

D'autre part, la lame des fusibles du type "à retard" est fabriquée pour ne fondre qu'après un temps variable selon l'intensité de la surcharge.

Par exemple, le fusible ne fondra qu'au bout d'une minute pour une surcharge de 50%, 30 secondes pour une surcharge de 100%, 15 secondes pour une surcharge de 200%.

Les fusibles du type "à retard" s'emploient surtout pour la protection des moteurs en marche, mais ils s'avèrent utiles sur un circuit d'éclairage sur lequel est branché un moteur d'usage domestique.

Un moteur prend beaucoup plus de courant au démarrage qu'en marche. Cette surcharge de courant ne dure que quelques secondes, est trop courte pour endommager l'isolant des fils.

C'est pourquoi on remplace avantageusement un fusible du type ordinaire, qui fondrait immédiatement à chaque démarrage du moteur, par un fusible "à retard" supportant cette surcharge momentanée.

Fusible à bouchon

La douille (fig. 17.3) en laiton, en porcelaine ou en verre, s'ajuste dans les blocs (eut outs) par un bouchon à vis de même dimension que celui d'une lampe de type moyen.

On n'autorise ces fusibles que sur les circuits d'une tension maximum de 150 V, ce qui inclut donc les circuits 3-fils monophasés où la tension des fils chargés à la terre ne dépasse pas ce voltage.

Les calibres des lames sont 6, 10, 15, 20, 25 et 30A, ce dernier étant le calibre maximum admis pour ce genre de fusible.

Dans certains pays, on n'autorise que les fusibles à bouchon du type "inviolable" (tamper resisting).

Au Canada, dans certains cas, un bureau d'Examinateurs électriciens peut, s'il le juge nécessaire, les exiger (article 14-020).

Ces fusibles se composent de deux parties (fig. 17.4) : le fusible proprement dit et un adapteur dont il existe trois calibres : 15, 20 et 30A sur lesquels s'adaptent respectivement des fusibles de 15, 20, 25 et 30A.

Ce type de fusible offre un avantage considérable ; dans les fusibles à bouchon ordinaires tous les calibres (de 6 à 30A) sont interchangeables dans les blocs puisque les bouchons sont de même grosseur et il arrive malheureusement que certains usagers emploient un calibre supérieur à celui qui est normalement prévu, supprimant ainsi la protection adéquate du circuit.

Avec les fusibles à bouchon du type "inviolable" cet inconvénient grave disparaît, car il est impossible de retirer l'adapteur quand il a été placé dans le bloc. D'autre part, on peut utiliser la partie fusible sans l'adapteur.

Fusible cartouche

La douille, en forme de cartouche, est en fibre ou en papier vulcanisé et les extrémités de la lame fusible sont reliées à des pièces de contact en laiton.

Pour la protection des systèmes à basse tension, on divise les fusibles cartouches en deux catégories : 250 V (0 à 250) et 600 V (251 à 600).

Dans chaque catégorie, on distingue le type à embout (ferrule) et le type à lame (knife blade) illustrés par la figure 17.5.

Le premier sert pour les calibres de 3 à 60A, tandis que le second s'emploie avec les calibres supérieurs. Il existe des douilles de grosseurs convenant aux lames de divers calibres.

Le tableau suivant indique les différentes caractéristiques.

L'étiquette sur la douille doit être de couleur bleu marine dans la catégorie 250 V de 3 à 15A, verte au-dessus de 15A et rouge dans la catégorie 600 V pour tous les calibres.

Les fusibles à bouchon et les fusibles cartouches peuvent être renouvelables ou non.

Dans un fusible renouvelable (fig. 17.6), on peut changer seulement la lame lorsqu'elle a fondu, tandis que dans un fusible non renouvelable, il faut changer le fusible complet, douille et lame (fig. 17.3 et 17.5).

Par suite de leur facilité de manipulation, on installe, pour des raisons de sûreté, les fusibles à bouchon de préférence aux fusibles à embout dans les circuits d'éclairage dont la capacité ne dépasse pas 30A, et presque toujours du type non renouvelable, car la différence entre le prix d'achat de la lame seule et celui du fusible complet est négligeable.

Pour les calibres supérieurs à 30A, on n'installe que les fusibles cartouches, ceux-ci étant aussi très employés sur les circuits de moteur, même pour les calibres inférieurs à 30A, et ils sont le plus souvent du type renouvelable, car on réalise alors une économie appréciable en ne changeant que la lame.

On n'utilisera jamais de fusibles dans les circuits de capacité supérieure à 800A.

Il est interdit de relier des fusibles en parallèle; par exemple, pour un circuit d'une capacité de 400A, on installera un fusible de 400A par fil et non pas deux fusibles de 200A (article 14-028).

Il est formellement interdit de court-circuiter les fusibles ou de remplacer leur lame par tout autre objet ; l'insertion de clous, de vis, de boulons dans les fusibles cartouche ou de plomb, de sous, etc., dans les blocs au lieu de fusibles à bouchon constitue des violations flagrantes de l'article 14-026 du code canadien.

Boîtes de dispositifs à maximum d'intensité

Les dispositifs à maximum d'intensité, fusibles ou disjoncteurs, doivent être contenus dans des boîtes appelées panneau de dérivation (fig. 17.7a et b).

Ces dispositifs de protection placés dans des endroits d'accès facile seront, si possible, groupés.

Quand le nombre de circuits ne dépasse pas quatre, on peut utiliser des blocs de fusibles (fig. 17.8), mais ce procédé n'est pas avantageux.

On doit enfermer les blocs de fusibles dans une boîte ou dans un cabinet, à moins qu'ils ne soient fixés sur un tableau ou sur un contrôleur placés dans un endroit exempt d'humidité, sans matériel inflammable, et inaccessible aux personnes non autorisées (article 14-008).

Ces boîtes ou cabinets seront installés verticalement à moins d'impossibilité absolue (article 14-010).

Disjoncteurs

On appelle disjoncteur un appareil pouvant ouvrir un circuit soumis à des conditions anormales de courant, tout en ne s'endommageant pas lui-même. Il interrompt le courant lorsque celui-ci atteint une valeur déterminée.

Il existe des modèles à relais ou à déclenchement, thermiques ou magnétiques, ou les deux à la fois. Les disjoncteurs destinés à protéger les circuits fonctionnent surtout par déclenchement, tandis que ceux destinés à protéger les appareils tels que les moteurs fonctionnent par relais.

Dans les disjoncteurs- magnétiques (fig. 17.9), le déclenchement se produit par l'intermédiaire d'un noyau plongeur ajusté dans une bobine; on les emploie surtout sur les tableaux de distribution pour la protection des câbles alimentaires.

Dans les disjoncteurs thermiques (fig. 17.10), le déclenchement est provoqué par la courbure ou l'allongement d'une plaque bimétallique; on les utilise pour la protection de toute partie d'une installation; il existe donc des unités unipolaires, bipolaires, tripolaires et des calibres s'échelonnant de 15 à 800 A (fig. 17.11).

L'article 14-034 prescrit que les disjoncteurs destinés à protéger des circuits de dérivation doivent être construits de façon que leurs caractéristiques ne puissent être facilement modifiées, à moins qu'ils ne fassent partie d'un tableau de distribution approuvé et accessible seulement à des personnes autorisées.

Agencement des systèmes de distribution

Le système de distribution d'une installation électrique intérieure comprend les parties suivantes (fig. 17.12a et b)

a) fils de branchement;
b) centre de distribution;
c) feeder;
d) circuits de dérivation.

Branchement du consommateur

Les fils situés entre le coffret de branchement et les fils du fournisseur constituent le branchement du consommateur. On étudiera au cours à la section Grosseur des fils d'une installation, la manière de déterminer leur grosseur.

On appelle circuit de dérivation la partie de l'installation à laquelle sont directement reliés les appareils de consommation ou, encore, la partie de l'installation placée au delà des derniers dispositifs de protection.

Le nombre maximum de sorties permises sur un circuit de dérivation est fixé à 12 si celui-ci ne comprend que des lumières et à 8 s'il comprend des lumières et des prises de courant ou seulement des prises de courant.

Chacune de ces sorties est considérée comme ayant une charge minimum de 1 A, ce qui revient à dire que la capacité totale des sorties d'une installation du type moyen sur un circuit ne doit pas excéder 12 A à 115 V, soit 1380 W.

Si la charge des sorties est bien connue et ne peut être changée, le nombre des sorties peut dépasser 12, à condition que la charge totale ne soit pas supérieure à 12 A à 115 V.

Quant aux sorties du type goliath, le nombre maximum permis par circuit est de 8.

Sur des assemblées de sorties multiples, on considère chaque 5 pieds ou fraction de 5 pieds comme une sortie, exception faite pour les endroits où il est certain que plusieurs appareils de consommation seront reliés simultanément : chaque pied ou fraction de pied compte alors pour une sortie.

En ce qui concerne l'équipement de téléphone ou de télégraphe, le nombre de sorties par circuit n'est pas limité, à condition que le circuit comporte un disjoncteur de calibre ne dépassant pas 15A (article 12-254).

Lorsqu'il s'agit de lampes fluorescentes, on calculera l'ampérage du circuit d'après le courant total de la lampe (tube et ballast) et non d'après le wattage du tube seulement.

On appelle feeder la partie du système comprise entre la source du courant et un centre de distribution, aucun autre circuit n'étant relié entre la source et ce centre. Précisons qu'il peut y avoir des sous-feeders et des câbles principaux (fig. 17.13).

Sous-feeder

Partie du système comprise entre deux centres de distribution et où aucun autre circuit n'est relié.

C'est une extension, à travers les dispositifs de protection, d'un feeder ou d'un autre sous-feeder.
Câble principal. Partie du système d'une grosseur uniforme et comprise entre la source ou un centre de distribution et deux ou plusieurs autres centres sans changer de grosseur.
C'est aussi par des câbles principaux (mains), reliés aux sous-stations, qui longent les rues, que le courant arrive au branchement du consommateur après avoir traversé les fils du fournisseur, ceux-ci assurant la liaison entre les fils de branchement et les câbles principaux du fournisseur.
Centre de distribution. Point où l'un des câbles définis ci-dessus se subdivise pour alimenter plusieurs parties de capacité moindre. On y groupe généralement les appareils de contrôle et les dispositifs de protection des circuits secondaires.
Les centres de distribution se trouvent à des points bien choisis d'un édifice afin de diminuer et d'uniformiser, autant que possible, la perte de voltage.

Dans les installations d'éclairage, les fils de branchement, les feeders et les centres de distribution sont monophasés 3-fils, ou triphasés 4-fils. Les circuits de dérivation sont toujours monophasés 2-fils. Les barres omnibus, les appareils de contrôle, les dispositifs de protection, les connexions, etc., c'est-à-dire tout ce qui compose un centre de distribution, forment un assemblage appelé panneau ou tableau. Un assemblage enfermé dans un cabinet avec porte, fixé sur ou dans un mur, s'appelle panneau (fig. 17.14), tandis qu'un assemblage monté sur une structure éloignée du mur et accessible à l'arrière comme à l'avant est un tableau (fig. 17.15).

Il existe de nombreuses sortes de panneaux dont voici les plus utilisés.

a) Panneau 3-fils monophasé 125/250 V avec barre neutre.

b) Panneau 3-fils triphasé 250 ou 600 V

c) Panneau 4-fils triphasé 120/208 V avec barre neutre. Suivant leur importance, on les classe comme suit.

1. Panneaux principaux qui alimentent les feeders (fig. 17.16).

2. Panneau de circuits qui alimentent les circuits de dérivation (fig. 17.17).

Tous ces panneaux peuvent être avec ou sans contrôle sur les fils d'alimentation, avec ou sans caniveau, installés en saillie ou encastrés.

Toutefois, les panneaux principaux comportent toujours un contrôle et des dispositifs de protection sur les circuits secondaires, les dispositifs de protection étant des fusibles cartouches ou des disjoncteurs.

Sur les circuits de dérivation et dans les panneaux de circuits, on peut utiliser des fusibles à bouchon, des fusibles cartouches, des disjoncteurs.

Le contrôle, inutile avec des fusibles à bouchon (fig. 17.17), reste obligatoire avec les fusibles cartouches (article 14-056).

Le nombre maximum de circuits permis dans ces panneaux est de 42 avec un dispositif de protection par circuit ou de 21, s'il s'en trouve deux (article 12-298).

En regard du réceptacle d'un fusible, on doit inscrire rampé-rage du fusible qui doit être utilisé, ampérage déterminé par la grosseur des fils reliés au circuit.

L'article 14-088 du code exige:

(a) que les panneaux de circuits d'éclairage et d'appareils alimentés par des conducteurs munis de dispositifs de protection de plus de 200A seront protégés du côté de l'alimentation par des dispositifs d'un calibre n'excédant pas celui du panneau

et (b) que les panneaux munis d'interrupteurs à rupture brusque (snap switches) d'un calibre de 30A ou moins devront être protégés par des dispositifs d'un calibre n'excédant pas 200A.

Emplacement et calibre des dispositifs de protection

L'article 14-054 spécifie que l'on doit protéger chaque fil non mis à la terre par un dispositif de protection au point où il reçoit son alimentation et à chaque point où la grosseur du fil diminue.

Cela signifie que pour une partie quelconque d'une installation alimentée par un centre de distribution (par exemple, le câble principal de la figure 17.18) les dispositifs de protection sont placés au centre même et non pas au point X.

Sur la même figure, un moteur alimenté par du fil N° 8 est branché sur le câble principal de grosseur N° 0; par suite de la diminution de grosseur de fil, des dispositifs de protection s'imposent.

En pratique, le point d'alimentation d'un circuit et le point où la grosseur du fil diminue coïncident presque toujours (fig. 17.19).

Le code admet quatre exceptions dont seules les trois premières trouvent application dans un cours. Les dispositifs de protection au point de diminution de grosseur de fil deviennent inutiles dans les cas suivants:

a) Quand le dispositif de protection du plus gros fil protège en même temps le plus petit.

Ainsi, sur la figure 17.20 les fils utilisés sont du type R ; si l'on emploie des dispositifs de protection de 110 A au lieu de 125A, il devient inutile d'installer d'autres dispositifs de protection en passant aux connections des fils N° 1 aux fils N° 0, au premier panneau.

b) Quand le plus petit fil satisfait à toutes les conditions suivantes.

1. Posséder une capacité en ampères égale à la capacité totale des fils du ou des circuits qu'il alimente et au moins égale à 1/10 de celle du plus gros fil.

2. Être d'une longueur maximum de 5 pieds.

3. S'arrêter au tableau ou au panneau qu'il alimente.

4. Être enfermé dans un conduit ou un caniveau métallique, à moins qu'il ne fasse partie du tableau ou du panneau.

Le cas le plus courant de cette exception est illustré par la figure 17.21.

Un feeder ou câble principal, ou encore une colonne montante priser), du type R, est installé dans le caniveau de chacun des panneaux qu'il alimente.

Dans les panneaux B et C, toutes les conditions sont satisfaites et il n'y a donc pas lieu d'installer des dispositifs de protection en passant de la grosseur 800 MCM à la grosseur 0000.

Au contraire, dans le panneau A, la condition (1) n'est qu'incomplètement remplie, puisque la capacité de 40 ampères du fil N° 8 est inférieure au dixième de la capacité de la colonne montante (câble N° 800,000 m.circ, 410 A) ; des dispositifs de protection deviennent indispensables.

c) Quand les circuits servent à l'éclairage et au chauffage, si le plus petit fil remplit les deux conditions suivantes.

1. Capacité au moins égale au 1/3 de la capacité de courant du fil qui l'alimente.

2. Protégé contre l'endommagement mécanique, être d'une longueur maximum de 25 pi. et aboutir à des dispositifs de protection d'un calibre n'excédant pas sa capacité en ampères.

Dans la figure 17.22, une autre colonne montante de grosseur 0000, type R, alimente le panneau A avec du fil N° 6 et le panneau B avec du fil N° 2.

Pour celui-ci toutes les conditions sont satisfaites et il n'y a pas lieu d'installer des dispositifs de protection dans la boîte B.

Au contraire, pour le fil N° 6, sa capacité moindre (55 ampères) est inférieure au tiers de celle de la colonne (195 ampères) et, de plus, sa longueur dépasse 25 pieds ; le code exige des dispositifs de protection dans la boîte A.

On n'installera pas de dispositif de protection sur un fil mis à la terre, à moins qu'il n'ouvre simultanément tous les fils non mis à la terre du circuit (article 14-004).

Ainsi, dans un circuit 3-fils monophasé, l'insertion d'un fusible dans le fil neutre pourrait avoir des inconvénients graves.

Par exemple, dans le circuit de la figure 17.23, le fil neutre est protégé ; en supposant qu'une surcharge se produise dans l'un des côtés de l'installation, trois cas peuvent se présenter.

a) Les fusibles B et C sautent simultanément ; le côté N et le côté M deviennent hors tension (inconvénient pour le côté N).

b) Le fusible B saute seul ; le côté M devient hors tension et le côté N reste sous tension, ce qui est normal.

c) Le fusible C saute seul ; d'un côté comme de l'autre les appareils vont être soumis à des voltages pour lesquels ils n'ont probablement pas été construits, car ils sont maintenant reliés en série, se partageant ainsi le voltage d'après leurs caractéristiques (lois fondamentales des montages séries).

Le neutre ne porte plus la différence de charge entre les fils chargés, puisque le fusible est brûlé.

Si, comme on le voit sur la figure 17.24, au lieu d'un fusible, on insère une barre sur le fil neutre, une surcharge sur
l'un des côtés fera sauter le fusible A ou le fusible B ; à ce moment un côté devient hors tension, tandis que l'autre continue à fonctionner normalement.

L'article 14-058 du code spécifie que le calibre des dispositifs de protection ne doit pas excéder la capacité de courant admissible dans les fils qu'ils protègent, capacité figurant aux tableaux 1, 2, 3 et 4 et indiquée dans l'article 4-004 revisé.

Ici encore deux exceptions sont prévues, mais nous ne mentionnons que la première qui concerne les fils des appareils d'éclairage ou du cordon souple Nos 16, 18 et 20, ainsi que le cordon à cannetille que l'on considère comme protégés par des dispositifs de protection de 15A.

En effet, la capacité de ces fils et cordons est moindre que 15A et varie selon leur isolant (cf. tableau 12 et article 4-020).

Les circuits A, B, C et D (fig. 17.25) montrent l'utilité évidente de cette réglementation à laquelle se rattache l'article 14-080 (1) et (2) qui stipule que les douilles du type moyen des lampes incandescentes et les douilles des lampes fluorescentes ne peuvent être raccordées sur des circuits munis de fusibles d'un calibre supérieur à 15 ampères.

Néanmoins, cette réglementation ne s'applique pas lorsque des douilles du type moyen sont parties intégrantes d'un groupe d'éclairage utilisant des douilles du type goliath.

L'article 14-080 (3) spécifie que le calibre des dispositifs de protection sur un circuit auquel sont reliées des douilles du type goliath ne doit pas dépasser 40 A pour une tension maximum de 125 V, et 20A pour 125 à 250 V.

Les circuits E, F, G, de la figure 17.25, illustrent bien ces cas.

Quelle que soit la grosseur du fil utilisé, quand il existe des sorties du type moyen ou du type goliath, le calibre des dispositifs de protection ne doit pas dépasser les valeurs respectives indiquées sur les circuits E et G.

D'autre part, le calibre du dispositif de protection ne devra pas dépasser la capacité du fil, si celle-ci est inférieure au calibre permis pour H sorte de sortie employée.

Le circuit H illustre le cas concernant les sorties d'accommodation.

QUESTIONNAIRE Les réponses ne sont pas données

1. Indiquer le but des dispositifs de protection sur les fils ou sur les appareils.
2. Nommer les deux sortes de fusibles.
3. Exposer le principe d'un fusible du type "à retard".
4. Indiquer la tension et le calibre maximums permis pour les fusibles à bouchon.
5. Décrire les fusibles cartouches en ce qui concerne les catégories, les calibres, les grosseurs et les formes.
6. Préciser la catégorie de fusible utilisée surtout sur les circuits de dérivation d'éclairage.
7. Quel type de fusible emploie-t-on couramment sur les circuits de moteurs ?
8. Indiquer la limite de calibre des fusibles utilisés pour la protection des circuits et des appareils.
9. Définir un disjoncteur.
10. Indiquer les sortes de déclenchements utilisés dans les disjoncteurs.
11. Nommer les parties constituantes d'une grosse installation de distribution.
12. Définir un circuit de dérivation.
13. Définir (a) un feeder, (b) un sous-feeder, (c) un câble principal.
14. Expliquer ce qu'on appelle centres de distribution et leur utilité dans une installation.
15. Préciser le nombre maximum de sorties permises sur un circuit de dérivation.
16. Faites la distinction entre "tableau" et "panneau" de distribution.
17. Préciser si les appareils de contrôle sont obligatoires dans un panneau avec les dispositifs de protection suivants : (a) fusibles à bouchon et (b) fusibles cartouches.
18. Sur quels fils d'un circuit doit-on placer des dispositifs de protection et à quels endroits ?
19. Pourquoi un dispositif de protection est-il inutile sur le fil neutre d'un système 3-fils monophasé ?
20. Préciser les calibres maximums des dispositifs de protection d'après la grosseur du fil.
21. Indiquer le calibre maximum du dispositif de protection permis sur un circuit auquel sont reliées
(a) des douilles du type moyen à 115 volts (b) des douilles du type goliath à 115 volts.