Dérivations pour l’alimentation de l’appareillage fixe de chauffage

Nous présentons ici la seconde partie traitant des particularités liées à l’alimentation de l’appareillage fixe de chauffage requises par le chapitre V, Électricité, du Code de construction du Québec (Code). Bien entendu, tel que nous l’avons fait dans la première partie, pour éviter d’alourdir le texte de cette chronique, nous ne reproduisons pas inutilement le texte du Code. Nous ne parlons pratiquement que des cas où les dispositifs de protection contre les surintensités («protections») sont approuvés pour 80% de charge continue, car il s’agit certainement de la quasi-totalité des situations rencontrées. Bien sûr, pour aider à la compréhension, nous utilisons des exemples pour traiter des différents scénarios possibles. Aussi, comme il existe déjà plusieurs écrits au sujet du groupement de plus d’un appareil sur une même dérivation, nous n’en discutons pas dans cette chronique. En effet, sur ce dernier point, on peut même se référer à l’interprétation de l’article 14 100 du Code, qui définit les objectifs de ce fameux groupement possible.

Exigences

Nous résumons ici les exigences de l’article 62-108, et des paragraphes 6), 7) et 8) de l’article 62-114, afin d’aider à l’interprétation des exigences du Code touchant les calculs relatifs au dimensionnement des conducteurs et à la protection minimum requise. Résumé des exigences [articles 62-108 ainsi que 62-114 6), 7) et 8)]: 62-108 1): Conducteurs de dérivation dédié pour l’appareillage fixe de chauffage avec température d’isolant pour l’utilisation et un courant admissible au moins égal à la charge. 62-108 2): Définit l’appareillage de chauffage comme l’unité complète; incluant ou non de la ventilation, de l’éclairage ou les deux. 62-114 6): Si le disjoncteur n’est pas approuvé pour 100% de service continu, alors la protection minimale doit être ≥ 125% du courant nominal de la charge. Note: Il va de soi que si le disjoncteur est approuvé pour 100%, on peut utiliser 100% plutôt que 125% dans le calcul. Aussi, on parle ici de protection minimale. Il est essentiel de préciser qu’une protection beaucoup plus grande peut aussi être installée, pourvu que la grosseur des conducteurs de la dérivation soit ajustée en conséquence. 62-114 7): Le courant admissible des conducteurs de la dérivation doit être :

1. ≥ courant nominal de la charge; et
2. ≥ 80 % de la protection.

62-114 8): On calcule 125% du courant admissible du conducteur. Si cette valeur ne correspond pas à une valeur standard de protection, alors la protection suivante est permise (protection maximale permise pour un conducteur spécifique). Note: On entend par «protection suivante», celle obtenue au tableau 13 (valeurs normalisées).

Interprétation

Le premier article discuté [62-108 1)] pourrait laisser croire qu’il ne faut qu’une seule dérivation pour alimenter un appareil, mais ce n’est pas le cas. En effet, rien dans cette exigence ne requiert une dérivation unique. Le terme «dédié» signifie plutôt qu’on ne peut pas utiliser une dérivation qui alimente un appareil fixe de chauffage et d’autres appareils. Le cas de l’article 62-114 1) est tout aussi semblable. Nous discutons plus en détail de ce sujet dans la rubrique touchant les cas particuliers. Pour synthétiser l’interprétation touchant ces articles, disons que dans les cas où nous avons toujours un disjoncteur approuvé pour 80% de service continu (la plupart du temps), on peut résumer les exigences du Code de la façon suivante :

1. La protection minimale doit être ≥ 125% du courant nominal de la charge.
2. Le courant admissible des conducteurs doit être:
   • ≥ courant nominal de la charge; et
   • b) ≥ 80% de la protection, sauf si la protection calculée n'existe pas. Dans ce dernier cas, on peut prendre la protection tout juste supérieure, selon les valeurs normalisées apparaissant au tableau 13.

Il est vrai que l’assouplissement du paragraphe 8) crée des situations où il est possible que l'écart entre le courant admissible des conducteurs et la protection installée soit supérieur à 25%. Autrement dit, il se peut que le courant admissible des conducteurs soit inférieur à 80% de la protection. Cette situation n’est pas plus problématique que les assouplissements prévus au paragraphe 4) du même article. En effet, la charge est fixe et ne peut pratiquement jamais être en surcharge, comme ce pourrait être le cas notamment pour un moteur ou un transformateur. Aussi, pour renforcer cette justification, il suffit de réaliser que l’esprit même de cet assouplissement puise sa source à l’article 8-106 1). Cependant, si le calcul de la protection maximale est fait pour une grosseur de conducteur donnée (125% du courant nominal du conducteur) et que l’on décide quand même, pour une raison de disponibilité ou autre, de mettre une protection plus élevée que la valeur obtenue, on doit s’assurer à nouveau que les conducteurs de la dérivation satisfont bien aux deux conditions énoncées au paragraphe 7), en n’oubliant pas que l'assouplissement du paragraphe 8) pourra encore être utilisé si le résultat du calcul ne correspond pas à une valeur normalisée de protection maximale (tableau 13). Concrètement, la première étape de la conception consiste ainsi à déterminer la protection minimale requise par la charge, tel qu’elle est prescrite par l’article 62-114 6). On prend donc le courant nominal de la charge que l’on multiplie par 125% (dans la majorité des cas, le dispositif de protection n’est pas approuvé pour 100% de charge continue). Ce calcul donne vraiment la protection minimale que la charge requiert, même si l’on sait qu’on a toujours le droit de mettre une protection beaucoup plus grande (à condition que la grosseur des conducteurs de la dérivation soit ajustée en conséquence, bien sûr). Précisons que le résultat de ce calcul de la valeur de la protection minimale ne nous donne pas nécessairement la valeur à installer, mais qu’il s’agit du seuil inférieur à ne pas franchir. À titre de précision sur ce qui a été dit précédemment, l’esprit du Code n’est pas nécessairement de protéger la charge, mais plutôt de protéger adéquatement la dérivation qui l’alimente. Comme seconde étape, il suffit de déterminer la grosseur minimale des conducteurs à utiliser. Une fois cette seconde valeur obtenue (il suffit de connaître le courant nominal de la charge et de se référer aux tableaux 1 à 4, le cas échéant), on passe à l’étape suivante. Ensuite, on choisit les conducteurs que l’on veut utiliser. Pour une raison de besoins futurs, de disponibilité de matériel, de chute de tension (cas particulier discuté ci-dessous) ou toute autre préoccupation semblable, il est possible que les conducteurs aient un courant admissible beaucoup plus gros. Le Code n’interdit pas cela. Il faut seulement déterminer la protection en conséquence, en s’assurant que les conducteurs n’aient pas un courant admissible plus petit que la valeur que l’on vient d’obtenir à la deuxième étape, justement en se référant aux tableaux 1 à 4. Enfin, comme dernière étape, on calcule la protection maximale permise pour ces conducteurs choisis. Attention, ici on parle de protection maximale, contrairement à la protection minimale obligatoire (voir étape 1). La protection maximale n’est donc pas déterminée directement par la charge, mais plutôt par le courant admissible des conducteurs, car elle doit protéger les conducteurs et non pas nécessairement la charge. Par conséquent, une fois qu’on connaît le courant admissible de ces conducteurs, il ne nous reste qu’à appliquer les paragraphes 7) et 8) pour trouver la valeur permise de protection maximale, pour finalement sélectionner la protection entre la valeur minimale calculée à la première étape et celle, maximale, obtenue dans cette étape. La difficulté souvent engendrée au niveau de l’application du Code vient du fait qu'on parle de la protection qui doit être tantôt d’au moins 125% du courant nominal de la charge [62-114 6)], tantôt, d’un maximum de 125% du courant admissible du conducteur [62-114 7) b) et 8)]. Il faut simplement préciser que dans un cas, on parle de protection minimale, tandis que dans l’autre cas, il s’agit d’une protection maximale permise relative à la grosseur des conducteurs sélectionnés. Enfin, selon les articles 62-108 1) et 62-114 7), le courant admissible minimal des conducteurs doit être égal ou supérieur au courant nominal de la charge, si elle est seule. Rappelons que tel qu’il a été précisé plus haut, on ne discute pas ici des cas de groupement de charges sur une même dérivation.

Cas particuliers

Chute de tension

Tel que nous l’avons mentionné plus haut, rien n’interdit de sélectionner des conducteurs beaucoup plus gros, comme ce serait requis pour une chute de tension. Dans un tel cas, il suffit de s’assurer notamment que la protection n’est pas inférieure au résultat obtenu à la première étape. Cependant, même si l’on grossit les conducteurs, il n’est pas nécessaire d’augmenter la protection, car ce n’est que dans le but de pallier la chute de tension que leur grosseur est accrue. Attention cependant à utiliser des conducteurs qui peuvent être raccordés dans les cosses de raccord de la protection et aussi de l’appareil raccordé. À cet effet, nous rappelons que la modification du Québec à l’article 12-116 5) est très claire à ce sujet.

Température de l’isolant

Tel que l’exige l’article 62-108 1), on doit absolument utiliser des conducteurs ayant une température d’isolant adéquat. Or, généralement, les appareils de chauffage nécessitent des conducteurs ayant un isolant convenant à 90°C. Il est difficile de penser à une application avec des conducteurs prévus pour une température de 75°C. Cela est tout à fait normal, car comme l’appareil est conçu pour produire de la chaleur, on peut exiger des températures nominales de conducteurs qui tiennent compte de ces paramètres.

Appareil nécessitant plus d’une dérivation

Il existe sur le marché des appareils qui sont approuvés avec une demande de puissance si importante que le fabricant prévoit un raccord à partir de plus d’une dérivation. Pour ce type d’appareil, les règles demeurent les mêmes. Bien sûr, il faut s’assurer de faire des opérations identiques pour chacune des dérivations impliquées, comme si elle était la seule. Cependant, il faut aussi s’assurer que le marquage au panneau de dérivation reflète bien celui que le fabricant a l’obligation d’inscrire sur l’appareil afin d’aviser de la présence de plus d’une dérivation, pour ainsi couper adéquatement toute alimentation lors de l’entretien ou d’autres opérations hors tension sur l’appareil. Tel que nous en avons discuté plus haut, les articles 62-108 1) et 62 114 1) ne requièrent pas une dérivation unique pour l’appareil à raccorder, mais bien une ou plusieurs dérivations dédiées au chauffage.

Exemples

Afin de parfaire la compréhension de ce qui précède, nous présentons les exemples suivants:

Exemple 1

Énoncé:

Un serpentin de chauffage de 4500 W nécessite un courant de 18,75 A (plaque signalétique) à 240 V (4500 W ÷ 240 V = 18,75 A). Quelles doivent être les caractéristiques de la dérivation qui doit l’alimenter?

Solution:

D’abord, comme première étape, la protection minimale requise par cette charge est de 18,75 A x 125% = 23,44 A (on suppose bien sûr une protection approuvée pour une charge continue à 80%). Comme seconde étape, il nous faut déterminer le courant admissible minimal des conducteurs. Ici, le calcul étant simple puisque le Code nous dit qu’il doit être au moins égal au courant nominal de la charge (donc 18,75 A) En troisième lieu, on choisit les conducteurs que l’on veut installer. Dans le cas présent, des conducteurs de courant admissible de 20 A (12 AWG en cuivre selon le tableau 2) sont adéquats. Enfin, en appliquant les paragraphes 7) et 8) de l’article 62-114, on détermine la protection requise par notre choix de conducteurs. Ainsi, si le courant admissible multiplié par 125% correspond à une valeur normalisée apparaissant au tableau 13, cette protection est choisie. Sinon, il suffit de passer à la valeur suivante. Dans notre cas, la protection maximale ne doit pas dépasser 20 A x 125% = 25 A avec les conducteurs choisis à l’étape précédente. Comme cette valeur correspond à une valeur normalisée, il est obligatoire de sélectionner cette valeur comme étant la protection maximale permise. On ne peut pas prendre la valeur normalisée suivante. Comme la protection doit être entre le minimum calculé plus haut, soit 23,44 et le maximum acceptable pour cette grosseur de conducteur sélectionné, soit 25 A, on choisit d'évidence une protection dont la valeur nominale concrète est de 25 A. Par conséquent, des conducteurs avec courant admissible de 20 A et une protection de 25 A sont le minimum acceptable pour cette charge, qui a un courant nominal, il faut le rappeler, de 18,75 A.

Exemple 2

Énoncé:

Un appareil de chauffage de 20 kW consomme un courant nominal total de 95 A (plaque signalétique) à 240 V. Quels sont les paramètres requis pour la dérivation qui l’alimente?

Solution:

En appliquant chronologiquement les étapes discutées plus haut, on obtient à la première étape une protection minimale de 118,75 A, et en seconde étape, des conducteurs avec un courant admissible minimal de 95 A, puisque c’est la valeur inscrite du courant nominal sur la plaque signalétique, et non pas la valeur arrondie de 20 kW, que l’on doit utiliser. Quant à la troisième étape, on choisit des conducteurs en cuivre de grosseur 3 AWG qui ont un courant admissible de 105 A. Enfin, à la quatrième et dernière étape, on trouve une valeur de 131,25 A (105 A x 125%) comme valeur maximale permise comme protection dans le cas où l’on choisit les conducteurs sélectionnés. La protection maximale permise serait donc de 150 A [(voir l’article 62-114 8)] selon la dernière valeur trouvée. Par conséquent, des conducteurs avec courant admissible de 105 A (3 AWG en cuivre selon le tableau 2 ou 1 AWG en aluminium selon le tableau 4) et une protection de 125 A répondent à l’exigence du Code.

Solution de rechange:

Si pour des raisons de disponibilité ou d’économie, nous voulons utiliser des conducteurs de courant admissible de 95 A (2 AWG en aluminium selon le tableau 4) puisque leur courant admissible est au moins égal à la charge, on vérifie simplement qu’ils sont adéquatement protégés. Par calcul, on prouve que c’est le cas, puisque 95 A x 125% = 118,75 A, et que l’article 62-114 8) nous permet de prendre la valeur normalisée tout juste supérieure, soit 125 A Remarque: il est aussi permis par le Code d’installer des conducteurs de courant admissible de 105 A et de mettre une protection de 150 A, comme il a été démontré plus haut, mais cela n’apporte aucun avantage, puisque la protection devient relativement plus grande que la charge de 95 A et pourrait réagir moins vite en cas de défaut. Nous discutons de cette situation plus en détail dans la solution de rechange, à l’exemple suivant.

Exemple 3

Énoncé:

Un serpentin de chauffage d’environ 88 kW consomme un courant de 85 A (plaque signalétique) à 600 V, 3 φ. De plus, il importe de préciser que la plaque signalétique spécifie que les conducteurs d’alimentation doivent être conçus pour une température minimale de 90°C. Quelles sont les caractéristiques requises pour la dérivation nécessaire?

Solution:

Selon les étapes mentionnées plus haut, on obtient des conducteurs avec courant admissible de 85 A (4 AWG en cuivre selon le tableau 2) et une protection de 110 A, puisque 125% de 85 A = 106,25 A et que le paragraphe 8) de l’article nous permet de prendre la valeur normalisée tout juste supérieure.

Solution de rechange:

Si par contre, on choisit délibérément de mettre une protection de 125 A à cause de la disponibilité de la protection de 110 A, les conducteurs doivent être grossis en conséquence. Dans ce cas, il nous faudra au moins des conducteurs 2 AWG en aluminium (courant admissible de 95 A) selon le tableau 4, ou 3 AWG en cuivre (courant admissible de 105 A) selon le tableau 2 pour satisfaire au paragraphe 8) de l’article. Il est à noter que dans ces deux possibilités, une protection de 125 A est tout à fait conforme, tout comme celle de 110 A. Cependant, le Code permet, si on décidait d’installer les conducteurs 3 AWG en cuivre (courant admissible de 105 A), d’installer une protection de 150 A, car 105 A multiplié par 125% donne 131,25 A, et le tableau 13, selon l’article 62-114 8), permet d’utiliser dans ce cas la valeur suivante. Il s’agit ici de l’un des cas les plus permissifs du Code, puisqu’une charge de 85 A, alimentée avec des conducteurs de courant admissible de 105 A, est protégée avec une protection maximale de 150 A. Bien sûr, on ne rencontre pas souvent cette situation, et c’est certainement parce que l’on parle d’une charge fixe de chauffage (qui ne peut être habituellement en surcharge) que le tout est conforme au Code. En effet, la valeur du courant admissible des conducteurs ne correspond qu’à 70% de la valeur de la protection; cette valeur étant vraiment inférieure à 80%. Au risque de se répéter, bien que conforme au Code, cette dernière solution de rechange n’est certes pas celle recommandée par la Régie.

Exemple 4

Énoncé:

Un serpentin de chauffage d’environ 56 kW consomme un courant de 54 A (plaque signalétique) à 600 V, 3 φ. Quelles sont les caractéristiques de la dérivation qui doit l’alimenter?

Solution:

En appliquant encore la procédure mentionnée précédemment, on obtient des conducteurs avec courant admissible de 65 A (6 AWG en cuivre selon le tableau 2) et une protection de 70 A (puisque 125% de 54 A = 67,5 A).

Solution de rechange:

Si pour des raisons de disponibilité, nous n’avons pas de disjoncteur de 70 A, mais plutôt un disjoncteur de 80 A, alors il faut simplement s’assurer que la grosseur des conducteurs respecte toujours le Code, selon les prescriptions du paragraphe 8) de l’article. Comme c’est encore le cas, il n’est pas nécessaire de changer les conducteurs avec un courant admissible de 65 A si l’on remplace le disjoncteur de 70 A par un disjoncteur de 80 A. En effet, 65 A x 125% = 81,25 A. Attention, le Code permet même dans ce cas d’utiliser un disjoncteur de 90 A, puisque le paragraphe 8) permet de prendre la valeur normalisée supérieure à 81,25 A. Encore une fois ici, la valeur du courant admissible des conducteurs de 65 A ne correspondrait qu’à environ 72% de la valeur de la protection (90 A); cette valeur étant encore significativement inférieure à 80%.

Exemple 5

Énoncé:

Prenons maintenant le cas du serpentin de chauffage de l’exemple 1 (4500 W selon la plaque signalétique), mais où la distance de câblage requise est de 35 m. Quels sont les paramètres requis pour la dérivation qui l’alimente?

Solution:

Les valeurs obtenues à l’exemple 1 sont toujours valides pour la protection. Seule la grosseur des conducteurs sera augmentée pour tenir compte de la chute de tension. On devra donc utiliser des conducteurs de 10 AWG en cuivre ou de 8 AWG en aluminium (plutôt que 12 AWG en cuivre ou 10 AWG en aluminium). Comme les conducteurs sont bons pour un courant admissible de 30 A, il serait même permis d’installer une protection de 30 A pour cette dérivation. Attention, généralement on désire installer une protection qui ouvrira le circuit en surcharge et en surintensité. C’est pourquoi dans un tel cas, on recommande d’utiliser une protection de 25 A comme c’était originalement prévu dans l’exemple 1. Étant donnée que plusieurs articles du Code s’appliquent relativement à une dérivation prévue pour l’alimentation d’un appareillage fixe de chauffage, nous espérons que les étapes à suivre présentées plus haut aideront grandement à la simplification du dimensionnement de cette dernière. Texte de la RBQ publié dans la revue Électricité Québec (CMEQ), édition de novembre/décembre 2012.