Emplacements dangereux et installations spéciales

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre les exigences réglementaires et les principes techniques relatifs aux emplacements dangereux et aux installations spéciales, tels que définis par le Code canadien de l'électricité (CCE), Chapitre V et les normes CSA connexes. Pour l'examen Sceau rouge, vous devez maîtriser la classification des zones, le choix de l'équipement, les méthodes d'installation, les calculs de distance et les exigences particulières pour les systèmes comme les génératrices, les accumulateurs et les installations photovoltaïques. Ce chapitre vous prépare à identifier, appliquer et justifier les règles applicables dans un contexte pratique.

Classification des emplacements dangereux

Définitions fondamentales

Un emplacement dangereux est un endroit où des concentrations dangereuses de gaz, vapeurs, poussières ou fibres inflammables peuvent exister. Le CCE, Chapitre V, section 18, divise ces emplacements en zones et divisions selon la probabilité et la durée de la présence de l'atmosphère explosive.

Zone 0 : Présence continue ou de longue durée de gaz ou vapeur inflammable (plus de 1000 heures par an).

Zone 1 : Présence probable en fonctionnement normal (entre 10 et 1000 heures par an).

Zone 2 : Présence improbable en fonctionnement normal, mais possible sur une courte durée (moins de 10 heures par an).

Division 1 : Équivalent aux zones 0 et 1 combinées (présence probable ou continue).

Division 2 : Équivalent à la zone 2 (présence improbable).

Le tableau suivant résume la correspondance entre zones et divisions pour les gaz et vapeurs :

Classification	Présence	Durée annuelle approximative	Exemple typique
Zone 0	Continue	> 1000 h	Intérieur d'un réservoir de solvant
Zone 1	Probable	10 à 1000 h	Aire de pompage de carburant
Zone 2	Improbable	< 10 h	Salle des compresseurs bien ventilée
Division 1	Continue ou probable	> 10 h	Zone 0 + Zone 1
Division 2	Improbable	< 10 h	Équivalent Zone 2

Groupes de gaz et de poussières

Les gaz et vapeurs sont classés en groupes selon leur comportement à l'inflammation :

Groupe I : Mines grisouteuses (méthane).

Groupe IIA : Propane, acétone, ammoniac.

Groupe IIB : Éthylène, hydrogène sulfuré.

Groupes IIC : Acétylène, hydrogène (les plus dangereux).

Pour les poussières, les groupes sont Groupe IIIA (fibres volantes), Groupe IIIB (poussières non conductrices) et Groupe IIIC (poussières conductrices). Le choix de l'équipement doit tenir compte du groupe spécifique : un équipement certifié pour le Groupe IIA ne convient pas pour le Groupe IIC.

Températures d'ignition et classes de température

Chaque gaz ou poussière possède une température d'auto-ignition (TAI). L'équipement électrique ne doit jamais avoir une température de surface supérieure à 80 % de la TAI du gaz ou de la poussière présent. Le CCE définit six classes de température (T1 à T6) :

Classe	Température maximale de surface (°C)
T1	450
T2	300
T3	200
T4	135
T5	100
T6	85

Exemple : Pour l'hydrogène (TAI ≈ 560 °C), la classe T1 convient. Pour le disulfure de carbone (TAI ≈ 90 °C), seule la classe T6 est acceptable.

Équipement électrique pour emplacements dangereux

Modes de protection

Le CCE reconnaît plusieurs modes de protection pour les équipements installés en zones dangereuses :

Ex d (enveloppe antidéflagrante) : L'enveloppe contient une explosion interne et empêche sa propagation à l'extérieur. Convient aux zones 1 et 2.

Ex e (sécurité augmentée) : Mesures supplémentaires pour éviter les arcs, étincelles ou échauffements anormaux. Convient aux zones 1 et 2 (sous conditions).

Ex i (sécurité intrinsèque) : L'énergie électrique est limitée à un niveau incapable de provoquer l'inflammation. Convient aux zones 0, 1 et 2.

Ex p (surpression interne) : L'enveloppe est maintenue en surpression avec un gaz inerte. Convient aux zones 1 et 2.

Ex n (protection pour zone 2) : Conçu spécifiquement pour la zone 2, incluant les modes Ex nA (non-étincelant), Ex nC (enveloppe scellée), Ex nR (respiration limitée).

Le tableau suivant compare les modes de protection :

Mode	Symbole	Zone applicable	Principe
Antidéflagrant	Ex d	1, 2	Contient l'explosion
Sécurité augmentée	Ex e	1, 2	Évite les sources d'inflammation
Sécurité intrinsèque	Ex i	0, 1, 2	Limite l'énergie
Surpression	Ex p	1, 2	Empêche l'entrée de gaz
Zone 2	Ex n	2	Conception simplifiée

Marquage des équipements

Tout équipement certifié doit porter un marquage indiquant :

39.Le symbole du mode de protection (Ex d, Ex i, etc.).

40.Le groupe de gaz (IIA, IIB, IIC).

41.La classe de température (T1 à T6).

42.Le nom de l'organisme de certification (CSA, UL, etc.).

Exemple de marquage : Ex d IIC T6 signifie antidéflagrant, groupe IIC, température maximale de surface 85 °C.

Règle 18-100 et suivantes

La règle 18-100 exige que tout l'équipement installé dans un emplacement dangereux soit certifié pour l'usage prévu. Les règles 18-102 à 18-108 traitent des installations spécifiques : câblage, raccords, presse-étoupes, joints, etc.

Règle 18-102 : Les conduits doivent être filetés avec au moins 5 filets complets engagés.

Règle 18-104 : Les joints de conduits doivent être scellés dans les 450 mm de l'entrée de l'enveloppe antidéflagrante.

Règle 18-108 : Les câbles doivent être posés dans des conduits ou être de type armé avec des presse-étoupes certifiés.

Trap à éviter : Ne pas confondre les exigences de scellement pour les zones 1 et 2. En zone 2, les scellements sont requis uniquement si l'enveloppe contient des contacts susceptibles de produire des arcs.

Installations spéciales : génératrices et moteurs

Génératrices de secours et de remplacement

Les génératrices installées dans des bâtiments doivent respecter la règle 26-200 du CCE. Les exigences clés incluent :

Raccordement : Un commutateur de transfert automatique ou manuel doit empêcher le fonctionnement en parallèle avec le réseau de distribution.

Mise à la terre : Le neutre de la génératrice doit être mis à la terre conformément à la règle 10-200.

Protection contre les surintensités : Chaque conducteur non mis à la terre doit être protégé par un disjoncteur ou un fusible dimensionné selon la règle 14-100.

Calcul de dimensionnement : Pour une génératrice triphasée de 150 kVA, 600 V, le courant nominal est :

I = P / (√3 × U) = 150 000 / (1,732 × 600) ≈ 144 A

Le disjoncteur doit être calibré à 150 A ou 175 A selon la disponibilité commerciale, en respectant la règle 14-104 (réglage maximal de 125 % du courant nominal).

Moteurs en zones dangereuses

Les moteurs installés en zones 1 ou 2 doivent être certifiés pour l'emplacement. Les moteurs antidéflagrants (Ex d) sont courants pour les pompes et ventilateurs. Les exigences incluent :

Protection contre les surcharges : Conforme à la règle 28-300, avec un relais thermique réglé à 125 % du courant à pleine charge.

Protection contre les courts-circuits : Fusibles ou disjoncteurs dimensionnés selon la règle 28-200.

Câblage : Les conducteurs doivent être dimensionnés pour 125 % du courant à pleine charge (règle 28-106).

Exemple : Moteur de 25 hp, 600 V, courant à pleine charge de 24 A. Le conducteur doit être dimensionné pour 24 × 1,25 = 30 A. Un câble #10 AWG (35 A à 75 °C) convient.

Installations photovoltaïques (PV)

Exigences de la règle 64-200

Les installations photovoltaïques sont couvertes par la section 64 du CCE. Les règles clés incluent :

Règle 64-200 : Les conducteurs des circuits PV doivent être dimensionnés pour 125 % du courant de court-circuit maximal (Isc) du module.

Règle 64-204 : Les conducteurs des circuits de sortie de l'onduleur doivent être dimensionnés pour 125 % du courant nominal de sortie.

Règle 64-206 : Les dispositifs de protection contre les surintensités doivent être installés sur chaque conducteur non mis à la terre.

Calcul de dimensionnement : Pour un module avec Isc = 9,5 A, le courant de dimensionnement est :

I = 9,5 × 1,25 = 11,875 A

Le conducteur doit être dimensionné pour au moins 11,875 A, et le disjoncteur pour 15 A (valeur normalisée).

Mise à la terre des systèmes PV

La règle 64-210 exige la mise à la terre des cadres des modules et des supports métalliques. Le conducteur de mise à la terre doit être dimensionné selon la règle 10-114, en fonction du courant nominal du circuit protégé.

Trap à éviter : Les modules PV avec des cadres en aluminium nécessitent des rondelles de contact ou des étoiles pour assurer une connexion électrique fiable, car l'aluminium s'oxyde naturellement.

Accumulateurs et batteries

Règle 26-500 et suivantes

Les installations d'accumulateurs (batteries) sont couvertes par la règle 26-500. Les exigences incluent :

Ventilation : Les locaux de batteries doivent être ventilés pour éviter l'accumulation d'hydrogène (gaz explosif). La ventilation doit assurer au moins 4 renouvellements d'air par heure.

Séparation : Les batteries doivent être installées dans des locaux ou armoires dédiés, avec une signalisation appropriée.

Protection : Les conducteurs entre les batteries et l'équipement doivent être protégés contre les surintensités.

Dimensionnement des conducteurs

Le courant de charge maximal est utilisé pour dimensionner les conducteurs. Pour une banque de batteries de 48 V avec un chargeur de 100 A, les conducteurs doivent être dimensionnés pour 100 × 1,25 = 125 A. Un câble #1/0 AWG (150 A à 75 °C) convient.

Règle 26-508 : Les batteries doivent être équipées d'un dispositif de déconnexion accessible et identifiable.

Systèmes de mise à la terre et de liaison équipotentielle

Règle 10-200 et 10-300

La règle 10-200 exige la mise à la terre de tous les systèmes électriques de 50 V ou plus. La règle 10-300 traite de la liaison équipotentielle des masses métalliques.

Calcul de la résistance de mise à la terre : La résistance d'une électrode de mise à la terre doit être inférieure à 25 Ω (règle 10-400). Pour les installations industrielles, une résistance inférieure à 5 Ω est recommandée.

Exemple : Une électrode de 3 m de long, 16 mm de diamètre, enfoncée dans un sol de résistivité 100 Ω·m :

R = ρ / (2πL) × ln(4L / r) = 100 / (2π × 3) × ln(12 / 0,008) ≈ 5,3 Ω

Cette valeur est acceptable selon le CCE.

Liaison équipotentielle en zones dangereuses

En zones dangereuses, la règle 18-116 exige une liaison équipotentielle de toutes les masses métalliques, y compris les conduits, les enveloppes et les structures. Le conducteur de liaison doit être en cuivre, d'au moins 4 mm².

Installations temporaires et de chantier

Règle 76-100

Les installations temporaires (chantiers de construction) sont couvertes par la section 76. Les exigences incluent :

Règle 76-100 : Tous les circuits doivent être protégés par des disjoncteurs de fuite à la terre (DDFT) de 30 mA ou moins.

Règle 76-102 : Les conducteurs doivent être de type câble armé ou conduit rigide, avec une protection mécanique adéquate.

Règle 76-104 : Les tableaux doivent être montés sur des supports stables, à une hauteur minimale de 1,5 m.

Trap à éviter : Les DDFT pour les installations temporaires doivent être testés avant chaque utilisation et au moins une fois par semaine.

Tableaux comparatifs des exigences

Comparaison des zones et divisions

Critère	Zone 0	Zone 1	Zone 2	Division 1	Division 2
Présence	Continue	Probable	Improbable	Continue/probable	Improbable
Équipement requis	Ex i, Ex d	Ex d, Ex e, Ex i	Ex n, Ex d	Ex d, Ex i	Ex n, Ex d
Scellement des conduits	Oui	Oui	Selon conditions	Oui	Selon conditions
Ventilation	Spéciale	Normale	Normale	Spéciale	Normale

Dimensionnement des conducteurs

Application	Facteur de dimensionnement	Règle CCE
Circuits de moteurs	125 % du courant à pleine charge	28-106
Circuits PV	125 % du Isc	64-200
Circuits de batteries	125 % du courant de charge	26-500
Génératrices	125 % du courant nominal	26-200
Circuits d'éclairage	100 % du courant nominal	8-200

Pièges à éviter

115.Confondre zones et divisions : La zone 0 n'a pas d'équivalent direct en division. La division 1 inclut les zones 0 et 1.

116.Ignorer la classe de température : Un équipement certifié pour le groupe IIC mais avec une classe T3 ne convient pas pour un gaz avec TAI de 150 °C.

117.Oublier les scellements : Les scellements de conduits sont obligatoires dans les 450 mm de l'enveloppe antidéflagrante, même si le conduit est court.

118.Dimensionner les conducteurs au courant nominal : Le CCE exige 125 % pour la plupart des circuits de moteurs et de génératrices.

119.Négliger la liaison équipotentielle : En zones dangereuses, toutes les masses métalliques doivent être liées, y compris les conduits non porteurs de courant.

120.Utiliser des équipements non certifiés : La certification CSA ou équivalente est obligatoire pour tout équipement en emplacement dangereux.

121.Oublier les DDFT en chantier : Tous les circuits temporaires doivent être protégés par des DDFT de 30 mA.

122.Mal interpréter les marquages : Ex d IIC T6 signifie antidéflagrant, groupe IIC, température maximale 85 °C. Ne pas confondre avec Ex e (sécurité augmentée).

Résumé

Les emplacements dangereux sont classés en zones (0, 1, 2) et divisions (1, 2) selon la probabilité de présence d'une atmosphère explosive.

Les équipements doivent être certifiés pour le groupe de gaz, la classe de température et la zone applicable.

Les modes de protection incluent Ex d, Ex e, Ex i, Ex p et Ex n, chacun avec des applications spécifiques.

Les génératrices doivent être raccordées via un commutateur de transfert et protégées contre les surintensités.

Les moteurs en zones dangereuses nécessitent une protection contre les surcharges et les courts-circuits, avec des conducteurs dimensionnés à 125 %.

Les installations PV exigent un dimensionnement à 125 % du courant de court-circuit et une mise à la terre adéquate.

Les batteries doivent être ventilées et protégées contre les surintensités.

Les installations temporaires exigent des DDFT de 30 mA et des conducteurs protégés mécaniquement.

Les scellements de conduits, la liaison équipotentielle et la mise à la terre sont des exigences critiques dans tous les emplacements dangereux.

Questions de révision

136.Quelle est la différence entre une zone 1 et une zone 2 en termes de durée de présence ?

137.Un équipement marqué Ex d IIB T4 peut-il être installé dans une zone où du propane (groupe IIA, TAI 470 °C) est présent ? Justifiez.

138.Calculez le courant de dimensionnement pour un moteur de 50 hp, 600 V, avec un courant à pleine charge de 52 A.

139.Quelles sont les exigences de scellement pour un conduit pénétrant dans une enveloppe antidéflagrante en zone 1 ?

140.Pourquoi la liaison équipotentielle est-elle essentielle en zones dangereuses ?

141.Quelle est la résistance maximale de mise à la terre selon la règle 10-400 ?

Réponses aux questions de révision

144.La zone 1 a une présence probable de 10 à 1000 heures par an ; la zone 2 a une présence improbable, moins de 10 heures par an.

145.Oui, car le propane est du groupe IIA (moins strict que IIB) et sa TAI de 470 °C correspond à la classe T1 (450 °C), donc T4 (135 °C) est plus conservateur.

146.I = 52 × 1,25 = 65 A. Un conducteur #6 AWG (75 A à 75 °C) convient.

147.Le conduit doit être scellé dans les 450 mm de l'enveloppe, avec un composé de scellement certifié.

148.Elle évite les différences de potentiel qui pourraient provoquer des étincelles en présence d'une atmosphère explosive.

149.La résistance maximale est de 25 Ω, mais une valeur inférieure à 5 Ω est recommandée pour les installations industrielles.

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