Protection contre les surintensités et équipement de distribution

Introduction

Ce chapitre couvre les principes fondamentaux de la protection contre les surintensités et l'équipement de distribution électrique, tels qu'exigés pour l'examen du Sceau rouge (Red Seal) pour le métier d'électricien de construction. La maîtrise de ces concepts est essentielle, car ils touchent directement à la sécurité des personnes et des biens. Vous devez comprendre non seulement le fonctionnement des dispositifs, mais aussi les règles précises du Code canadien de l'électricité (CCÉ) qui régissent leur installation.

Définitions et principes fondamentaux

Surintensité

Une surintensité est tout courant électrique dépassant la valeur nominale de l'équipement ou la capacité de conduction des conducteurs. On distingue deux types principaux :

Surcharge : Excès de courant dans un circuit normalement sain, sans défaut. Elle est généralement causée par une surcharge de l'équipement (trop d'appareils branchés) ou une défaillance mécanique (moteur grippé). La surcharge est généralement de l'ordre de 1,1 à 6 fois le courant nominal.

Court-circuit : Connexion accidentelle entre deux points de potentiel différent, créant un chemin à faible impédance. Le courant peut atteindre des valeurs extrêmement élevées (des milliers d'ampères) et agit très rapidement.

Défaut à la terre : Connexion accidentelle entre un conducteur sous tension et la terre ou une masse métallique mise à la terre. C'est un type particulier de court-circuit.

Dispositifs de protection

Les dispositifs de protection contre les surintensités (DPSI) ont deux fonctions principales : protéger les conducteurs et l'équipement contre les dommages thermiques et mécaniques, et protéger les personnes contre les chocs électriques.

Les principaux types de DPSI sont :

Type	Caractéristique	Utilisation typique
Fusible	Élément fusible qui fond sous l'effet de la chaleur générée par le courant excessif. Non réarmable.	Protection de circuits, panneaux, moteurs.
Disjoncteur	Interrupteur automatique qui s'ouvre sous l'effet d'un courant excessif. Réarmable.	Panneaux de distribution, circuits de dérivation.
Disjoncteur différentiel (GFCI/GFI)	Détecte les fuites de courant à la terre (déséquilibre entre phase et neutre) et coupe le circuit.	Circuits de prises de courant, salles de bain, extérieur.
Parafoudre (SPD)	Protège contre les surtensions transitoires (foudre, manœuvres).	Panneaux principaux, équipements sensibles.

Caractéristiques des fusibles et disjoncteurs

Courant nominal (Iₙ) : Courant que le dispositif peut supporter en continu sans déclencher/fondre.

Capacité de coupure (Icu) : Courant de court-circuit maximal que le dispositif peut interrompre sans être détruit. Doit être ≥ au courant de court-circuit présumé au point d'installation.

Courbe de déclenchement : Pour les disjoncteurs, relation entre le courant et le temps de déclenchement. Les courbes B, C et D sont les plus courantes :

B : Déclenchement entre 3 et 5 × Iₙ (usage résidentiel, circuits d'éclairage).

C : Déclenchement entre 5 et 10 × Iₙ (usage commercial, moteurs, transformateurs).

D : Déclenchement entre 10 et 20 × Iₙ (usage industriel, fortes pointes de courant).

Coordination de la protection

La coordination consiste à sélectionner et régler les dispositifs de protection de sorte qu'en cas de défaut, seul le dispositif le plus proche du défaut se déclenche, laissant le reste de l'installation en service. C'est un principe de sélectivité. On parle de :

Sélectivité totale : Seul le dispositif en amont du défaut se déclenche.

Sélectivité partielle : Plusieurs dispositifs peuvent se déclencher, mais le défaut est isolé.

Règles du Code canadien de l'électricité (CCÉ)

Le CCÉ, Chapitre V, est la norme de référence au Canada. Les règles relatives à la protection contre les surintensités se trouvent principalement dans la Section 14.

Règle 14-100 : Exigences générales

Chaque conducteur non mis à la terre doit être protégé par un dispositif de protection contre les surintensités. Le conducteur de neutre (mis à la terre) ne doit jamais contenir de fusible ou de disjoncteur unipolaire, sauf cas spécifiques prévus par le Code (ex. : certains systèmes de commande).

Règle 14-104 : Emplacement des dispositifs

Les dispositifs de protection doivent être installés :

À l'origine du circuit (le point où les conducteurs reçoivent leur alimentation).

À chaque point où la taille des conducteurs est réduite (sauf exceptions pour les conducteurs d'ascenseurs, les circuits de commande, etc.).

Règle 14-200 : Protection contre les surcharges

La règle 14-200 stipule que les conducteurs doivent être protégés contre les surcharges. Le dispositif de protection doit avoir un courant nominal ≤ la capacité de transport de courant (ampacité) des conducteurs. En pratique, on utilise souvent la règle 14-200(2) qui permet d'utiliser le calibre normalisé supérieur (ex. : 30 A pour des conducteurs de 20 A) si certaines conditions sont remplies (pas de surcharge prévisible, etc.).

Règle 14-300 : Protection contre les courts-circuits et défauts à la terre

Les dispositifs doivent avoir une capacité de coupure suffisante pour interrompre le courant de défaut maximal disponible à leur point d'installation. La règle 14-300 exige que la capacité de coupure soit ≥ au courant de défaut présumé.

Règle 14-400 : Emplacement des panneaux

Les panneaux de distribution doivent être accessibles. La règle 14-400 exige un espace libre d'au moins 1 mètre devant le panneau et une hauteur de 1,5 mètre à 2 mètres pour les commandes. L'accès ne doit pas être obstrué.

Règle 14-402 : Groupement des dispositifs

Tous les dispositifs de protection d'un même circuit doivent être groupés au même endroit, sauf exceptions (ex. : pour les gros consommateurs comme les moteurs, où un sectionneur peut être installé à proximité de la machine).

Règle 14-404 : Dispositifs de protection dans les panneaux

Les disjoncteurs installés dans un panneau doivent être approuvés pour cet usage et compatibles avec le panneau. L'utilisation de disjoncteurs de marques différentes dans un même panneau est interdite, sauf si le fabricant du panneau le permet explicitement.

Règle 14-406 : Verrouillage et identification

Les dispositifs de protection doivent être identifiés de manière claire et permanente (ex. : étiquettes indiquant le circuit desservi). Les dispositifs de plus de 150 V à la terre doivent être verrouillables ou situés dans un endroit accessible uniquement aux personnes qualifiées.

Règle 14-500 : Protection des conducteurs d'alimentation

Les conducteurs d'alimentation (entre le transformateur et le panneau principal) doivent être protégés conformément aux règles de la Section 14. La protection doit être installée à l'origine de l'alimentation.

Règle 14-600 : Protection des circuits de dérivation

Chaque circuit de dérivation doit être protégé par un dispositif de protection contre les surintensités. Le calibre du dispositif ne doit pas dépasser la capacité des conducteurs du circuit.

Équipement de distribution

Panneaux de distribution

Les panneaux de distribution (ou tableaux de distribution) sont des enceintes contenant les dispositifs de protection et de commande pour les circuits de dérivation. Ils sont classés selon :

Tension : 120/240 V, 347/600 V, etc.

Courant : 100 A, 200 A, 400 A, 600 A, etc.

Nombre de pôles : 1, 2, 3, 4.

Type de montage : Encastré, en surface, sur socle.

Sectionneur principal

Le sectionneur principal (ou disjoncteur principal) est le dispositif qui permet de couper l'alimentation de tout le panneau. Il doit être :

Facilement accessible.

Identifié clairement.

Capable de couper le courant de charge maximal du panneau.

Barres bus

Les barres bus sont des conducteurs en cuivre ou en aluminium qui distribuent le courant aux différents dispositifs de protection. Elles doivent être dimensionnées pour supporter le courant nominal du panneau et les contraintes thermiques et mécaniques en cas de court-circuit.

Transformateurs de distribution

Les transformateurs abaissent la tension de distribution (ex. : 600 V) à la tension d'utilisation (ex. : 120/208 V ou 347/600 V). Ils sont protégés par des fusibles ou disjoncteurs côté primaire et côté secondaire. La règle 26-200 du CCÉ couvre la protection des transformateurs.

Tableaux de commande et centres de contrôle de moteurs (CCM)

Les CCM regroupent les démarreurs, les protections moteur et les commandes. Ils sont utilisés dans les environnements industriels et commerciaux. La protection contre les surintensités des moteurs est traitée à la Section 28 du CCÉ.

Calculs de protection contre les surintensités

Calcul du courant de défaut

Le courant de défaut maximal (courant de court-circuit présumé) est calculé à partir de la puissance du transformateur, de l'impédance du système et de la longueur des conducteurs. Une formule simplifiée pour un système triphasé est :

I_défaut = (S_transfo × 1000) / (√3 × V_phase × Z_total)

Où :

S_transfo = puissance apparente du transformateur en kVA.

V_phase = tension phase-phase en volts.

Z_total = impédance totale du circuit en ohms (impédance du transformateur + impédance des conducteurs).

Exemple de calcul

Un transformateur de 150 kVA, 600 V, avec une impédance de 5 %, alimente un panneau par des conducteurs de 50 m. Le courant de défaut au secondaire est approximativement :

Courant nominal secondaire = 150 000 / (√3 × 600) = 144,3 A.

Courant de défaut = 144,3 / 0,05 = 2 886 A (sans tenir compte de l'impédance des conducteurs).

Ce courant de défaut doit être comparé à la capacité de coupure des dispositifs de protection.

Calcul de la capacité de transport des conducteurs

La capacité de transport (ampacité) des conducteurs est déterminée selon la Tableau 1 du CCÉ, en fonction du type de conducteur, de la température nominale, et des facteurs de correction (température ambiante, groupement de conducteurs, etc.).

Ampacité = I_tableau × F_température × F_groupement

Exemple de dimensionnement d'un circuit

Pour un circuit de dérivation alimentant des prises de courant de 15 A, avec des conducteurs en cuivre de 12 AWG (ampacité de 20 A à 75 °C), le dispositif de protection peut être un disjoncteur de 15 A ou 20 A. La règle 14-200(2) permet d'utiliser un disjoncteur de 20 A si les conducteurs sont de 12 AWG.

Procédures d'installation et de vérification

Installation d'un panneau de distribution

89.Vérification de l'emplacement : L'emplacement doit être conforme aux règles 14-400 et 14-402 (espace libre, accessibilité).

90.Fixation du panneau : Le panneau doit être solidement fixé au mur ou au socle, de niveau.

91.Raccordement des conducteurs : Les conducteurs doivent être dénudés à la bonne longueur, insérés dans les bornes et serrés au couple spécifié.

92.Mise à la terre : Le panneau doit être relié à la mise à la terre conformément à la Section 10 du CCÉ.

93.Identification : Chaque circuit doit être identifié par une étiquette claire et durable.

94.Vérification finale : Tester la continuité, la polarité, et le fonctionnement des dispositifs.

Vérification d'un dispositif de protection

Inspection visuelle : Vérifier l'absence de dommages, de corrosion, de marques de surchauffe.

Test de déclenchement : Pour les disjoncteurs, effectuer un test de déclenchement manuel (bouton test) et, si possible, un test de déclenchement par courant de défaut.

Mesure de la résistance d'isolement : Utiliser un mégohmmètre pour vérifier l'isolement des conducteurs et des dispositifs.

Pièges à éviter

100.Confondre surcharge et court-circuit : Une surcharge est un excès de courant sans défaut ; un court-circuit est un défaut franc. Les dispositifs de protection ont des caractéristiques différentes pour ces deux phénomènes.

101.Ignorer la capacité de coupure : Un disjoncteur avec une capacité de coupure insuffisante peut exploser en cas de court-circuit. Toujours vérifier que la capacité de coupure est ≥ au courant de défaut présumé.

102.Utiliser des fusibles ou disjoncteurs de calibre supérieur : Ne jamais remplacer un fusible ou un disjoncteur par un calibre supérieur sans vérifier la capacité des conducteurs et l'équipement.

103.Oublier la règle 14-200(2) : Cette règle permet d'utiliser le calibre normalisé supérieur, mais uniquement si les conditions sont remplies (pas de surcharge prévisible, conducteurs capables de supporter le courant).

104.Négliger la coordination : Une mauvaise coordination peut entraîner des déclenchements intempestifs et des pannes généralisées.

105.Installer des dispositifs de marques différentes dans un même panneau : Cela est interdit sauf autorisation explicite du fabricant.

106.Oublier les facteurs de correction : La température ambiante et le groupement des conducteurs réduisent l'ampacité. Ne pas les appliquer conduit à des conducteurs sous-dimensionnés.

107.Confondre les courbes de déclenchement : Une courbe B ne convient pas pour des charges à forte pointe de courant (moteurs). Utiliser une courbe C ou D selon le cas.

108.Ne pas vérifier la tension nominale : Un disjoncteur 120/240 V ne peut pas être utilisé sur un circuit 347/600 V.

109.Oublier la protection des conducteurs de liaison : Les conducteurs de liaison (bonding) ne doivent pas être protégés par des fusibles ou disjoncteurs.

Conseils pour l'examen

Mémorisez les règles clés : Les règles 14-100, 14-200, 14-300, 14-400, 14-402, 14-404 sont fréquemment testées.

Pratiquez les calculs : Les calculs de courant de défaut et d'ampacité sont des questions courantes. Refaites les exemples du chapitre.

Connaissez les tableaux : Le Tableau 1 (ampacité), le Tableau 2 (facteurs de correction), et le Tableau 13 (courants de défaut) sont essentiels.

Lisez les questions attentivement : Les questions de l'examen sont souvent pièges. Identifiez les mots-clés : "surcharge", "court-circuit", "capacité de coupure", "coordination".

Utilisez le Code pendant l'examen : L'examen du Sceau rouge est un examen à livre ouvert. Savoir naviguer dans le Code est aussi important que connaître le contenu.

Résumé

La protection contre les surintensités comprend la protection contre les surcharges et les courts-circuits.

Les fusibles et les disjoncteurs sont les principaux dispositifs de protection. Leur choix dépend du courant nominal, de la capacité de coupure et de la courbe de déclenchement.

Le CCÉ, Chapitre V, Section 14, définit les règles d'installation des dispositifs de protection. Les règles 14-100, 14-200, 14-300, 14-400 sont fondamentales.

Les panneaux de distribution doivent être accessibles, identifiés, et leurs dispositifs doivent être compatibles.

Les calculs de courant de défaut et d'ampacité sont essentiels pour dimensionner correctement les conducteurs et les dispositifs.

La coordination des dispositifs assure la continuité de service et la sécurité.

Les pièges courants incluent la confusion entre surcharge et court-circuit, l'ignorance de la capacité de coupure, et l'utilisation de calibres inadéquats.

Ce chapitre vous a fourni les connaissances essentielles pour aborder les questions du Sceau rouge sur ce sujet. Assurez-vous de pratiquer avec des exercices et de consulter le Code canadien de l'électricité pour renforcer votre compréhension.

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