Apprenez à protéger les alimentations des moteurs et d’autres charges contre les courts-circuits et les défauts à la terre.
La protection des alimentations de plusieurs moteurs et autres charges contre les courts-circuits et les défauts à la terre est essentielle pour prévenir les dommages, garantir la sécurité, maintenir la stabilité du système électrique et prolonger la durée de vie des équipements.
Image utilisée avec la courtoisie de WEG
Article 430 du NEC. Partie V Protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour les alimentations de moteurs
Section 430.61 Généralités
Les dispositions de la Partie V spécifient les dispositifs de protection pour protéger les conducteurs d’alimentation des moteurs contre les courts-circuits ou les défauts à la terre.
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Section 430.62 Classification ou Réglage – Charge de moteur
Section 430.62(A) Charge spécifique
- Fournir un dispositif de protection contre les surintensités pour une alimentation alimentant une charge de moteur fixe à travers des conducteurs dimensionnés selon la section 430.24, ce qui permet une capacité de port de 125 % du courant nominal à pleine charge du plus grand moteur plus 100 % du courant nominal à pleine charge des autres moteurs du groupe.
- Le classement ou le réglage du dispositif de surintensité ne doit pas être supérieur à ce qui est autorisé pour la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre du plus grand circuit de dérivation alimenté par l’installation (comme calculé à partir de la section 430.52, ou section 440.22(A) pour les moteurs-compresseurs hermétiques à réfrigérant) et la somme des courants à pleine charge des autres moteurs.
- Pour les calculs ci-dessus, considérer un seul des dispositifs de protection comme le plus grand si plus d’un des circuits de dérivation alimentés par l’alimentation utilise le même classement ou réglage pour le dispositif de protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre.
- Ne pas appliquer la règle de la section 430.52(C)(1)(a), qui permet l’utilisation du dispositif de protection de taille supérieure pour les circuits de dérivation par rapport aux dispositifs de protection contre les surintensités des alimentations des moteurs lorsque le classement maximal ne correspond pas à une taille standard.
Si les dispositifs de protection utilisés pour la protection des alimentations et des circuits de dérivation sont de types différents, par exemple, un disjoncteur et un fusible, supposer qu’ils sont du même type pour dimensionner le dispositif de protection de l’alimentation.
Exemple 1 : La figure 1 montre une alimentation de 208 V, triphasée, quatre fils, dans une usine industrielle alimentant cinq moteurs d’induction triphasés à usage général de 200 V, en fonctionnement continu, comme suit :
- 1 x 40-ch
- 2 x 25-ch
- 1 x 10-ch
- 1 x 5-ch
Figure 1. Configuration de l’exemple 1. Image utilisée avec la courtoisie de Lorenzo Mari
a) Trouvez les courants à pleine charge des moteurs dans les tableaux.
b) Trouvez la capacité minimale acceptable des conducteurs d’alimentation.
c) La méthode pour calculer la capacité minimale des conducteurs d’alimentation serait-elle la même que dans la question b) si certaines applications de moteurs étaient à court terme, intermittentes, périodiques, ou à charge variable ?
d) Trouvez la taille minimale des conducteurs en cuivre de l’alimentation s’ils sont classés à 75 °C.
e) Répétez la question d) pour les conducteurs en aluminium.
f) Trouvez le classement maximal ou le réglage d’un disjoncteur à temps inverse pour la protection contre les surintensités de l’alimentation. Les fusibles protégeant les circuits de dérivation sont de type à délai temporel, et le moteur ayant la plus grande classification peut démarrer dans des conditions de fonctionnement normales.
Solution :
a) Consultez le tableau 430.250 et lisez les courants à pleine charge suivants sous la colonne 200 V :
Moteur de 40-ch = 120 A
Moteurs de 25-ch = 78,2 A
Moteur de 10-ch = 32,2 A
Moteur de 5-ch = 17,5 A
b) Selon la section 430.24, la capacité minimale des conducteurs d’alimentation est :
125% × 120 + (2 × 78,2) + 32,2 + 17,5 = 356,1 A
c) La méthode ne serait pas la même. Voir la section 430.24, Exception N° 1.
d) Consultez le tableau 310.16, la colonne des conducteurs en cuivre à 75 °C, et lisez une capacité de 380 A pour une taille de conducteur de 500 kcmil.
Sélectionnez des conducteurs en cuivre de taille 500 kcmil
e) Consultez le tableau 310.16, la colonne des conducteurs en aluminium ou en aluminium plaqué cuivre à 75 °C, et lisez une capacité de 375 A pour une taille de conducteur de 700 kcmil.
Sélectionnez des conducteurs en aluminium de taille 700 kcmil
f) Trouvez la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour les circuits de dérivation utilisant
des fusibles à délai pour tous les moteurs (à partir du tableau 430.52(C)(1)) :
1. Protégez le moteur de 40-ch à ne pas plus que 120 A × 150 % = 180 A. Utilisez des fusibles de 200 A.
2. Protégez chaque moteur de 25-ch à ne pas plus que 78,2 A × 175 % = 136,85 A. Utilisez des fusibles de 150 A.
3. Protégez le moteur de 10-ch à ne pas plus que 32,2 × 175 % = 56,35 A. Utilisez des fusibles de 60 A.
4. Protégez le moteur de 5-ch à ne pas plus que 17,5 × 175 % = 30,62 A. Utilisez des fusibles de 35 A.
Comme indiqué dans la section 430.62(A), le classement maximal ou le réglage pour le dispositif de surintensité protégeant l’alimentation ne doit pas être supérieur à :
200 + (2 x 78,2) + 32,2 + 17,5 = 406,1 A
Utilisez un classement en ampères standard de 400 A pour le disjoncteur à temps inverse de l’alimentation des moteurs. Ce classement le plus proche ne dépasse pas la valeur maximale autorisée de 406,1 A.
Exemple 2 : La figure 2 montre une alimentation de 208/120 V, triphasée, quatre fils, dans une usine industrielle alimentant deux moteurs triphasés de 200 V et un moteur monophasé de 115 V, comme suit :
- 1 x 10-ch triphasé
- 1 x 7,5-ch triphasé
- 1 x 1,5-ch monophasé
Figure 2. Configuration de l’exemple 2. Image utilisée avec la courtoisie de Lorenzo Mari
Tous les moteurs sont des moteurs d’induction à usage général, en fonctionnement continu, de type cage d’écureuil. Les bornes sont classées à 75 °C.
a) Trouvez les courants à pleine charge des moteurs dans les tableaux.
b) Trouvez la capacité minimale acceptable des conducteurs d’alimentation.
c) Trouvez la taille minimale des conducteurs en cuivre de l’alimentation.
d) Trouvez le classement maximal ou le réglage d’un disjoncteur à temps inverse pour la protection contre les surintensités de l’alimentation.
Solution :
a) Consultez le tableau 430.250 et lisez les courants à pleine charge suivants sous la colonne 200 V :
Moteur de 10-ch = 32,2 A
Moteur de 7,5-ch = 25,3 A
Consultez le tableau 430.248 et lisez le courant à pleine charge suivant sous la colonne 115 V :
Moteur de 1,5-ch = 20 A
b) Selon la section 430.24, la capacité minimale des conducteurs d’alimentation est :
125 % × 32,2 + 25,3 + 20 = 85,55 A
c) Consultez le tableau 310.16, la colonne des conducteurs en cuivre à 75 °C, et lisez une capacité de 100 A pour une taille de conducteur N° 3 AWG.
Sélectionnez des conducteurs en cuivre de taille N° 3 AWG
d) Trouvez la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour les circuits de dérivation utilisant des disjoncteurs à temps inverse pour tous les moteurs (à partir du tableau 430.52(C)(1)) :
1. Protégez le moteur de 10-ch à ne pas plus que 32,2 A × 250 % = 80,5 A. Utilisez un disjoncteur de 90 A.
2. Protégez le moteur de 7,5-ch à ne pas plus que 25,3 A × 250 % = 63,25 A. Utilisez un disjoncteur de 70 A.
3. Protégez le moteur de 1,5-ch à ne pas plus que 20 A × 250 % = 50 A. Utilisez un disjoncteur de 50 A.
Comme indiqué dans la section 430.62(A), le classement maximum ou le réglage pour le dispositif de surintensité protégeant l’alimentation ne doit pas être supérieur à :
90 + 25,3 + 20 = 135,3 A
Utilisez un classement en ampères standard de 125 A pour le disjoncteur à temps inverse de l’alimentation des moteurs. Ce classement le plus proche ne dépasse pas la valeur maximale autorisée de 135,3 A.
La section 430.62(A) stipule que le classement maximum ou le réglage pour le dispositif de surintensité protégeant une alimentation fournissant un groupe de moteurs ne doit pas être supérieur au plus grand classement ou réglage du dispositif de protection des circuits de dérivation de tout moteur, plus la somme des courants à pleine charge des autres moteurs. Cette règle s’applique que le groupe ait des combinaisons de moteurs monophasés et triphasés.
Exception N° 1 :
- Supposons qu’un ou plusieurs disjoncteurs à déclenchement instantané ou des protecteurs contre les courts-circuits de moteur protègent les circuits de dérivation des moteurs contre les courts-circuits et les défauts à la terre. Dans ce cas, calculez le classement maximal du dispositif de protection de l’alimentation en supposant que chaque disjoncteur à déclenchement instantané ou protecteur contre les courts-circuits de moteur est réglé ou classé selon le tableau 430.52(C)(1) pour le type de dispositif de protection de l’alimentation utilisé.
Cette exception s’applique aux systèmes utilisant des disjoncteurs à déclenchement instantané (MCP) ou des protecteurs contre les courts-circuits de moteur (MSCP) pour la protection des circuits de dérivation.
Selon les sections 430.52(C)(3) et (7), dans des conditions spécifiques, le classement ou le réglage de ces dispositifs peut aller jusqu’à 1300 % du courant à pleine charge du moteur, excluant les moteurs à efficacité énergétique de conception B et les moteurs à efficacité premium de conception B, et jusqu’à 1700 % pour les moteurs de conception B à haute efficacité énergétique et à efficacité premium de conception B.
Cette exception nécessite la protection des conducteurs d’alimentation, en se basant sur le classement ou le réglage du dispositif de protection de l’alimentation sous réserve que la protection des circuits de dérivation des moteurs utilise le même type de dispositif. Cela signifie, par exemple, que si des fusibles sans délai protègent l’alimentation, leur classement doit supposer que la protection des circuits de dérivation des moteurs utilise le même type de fusibles au lieu de MCP ou de MSCP.
Exemple 3 : La figure 3 montre une alimentation de 480 V, triphasée, connectée en triangle, trois fils, dans une usine industrielle alimentant deux moteurs d’induction triphasés de 460 V, comme suit :
- 1 x 100-ch cage d’écureuil
- 1 x 50-ch cage d’écureuil
Figure 3. Configuration de l’exemple 3. Image utilisée avec la courtoisie de Lorenzo Mari
Les deux moteurs utilisent des disjoncteurs à déclenchement instantané pour protéger les circuits de dérivation contre les courts-circuits et les défauts à la terre. Le moteur de 100-ch ne peut pas démarrer en utilisant un disjoncteur réglé à un maximum de 800 % du courant à pleine charge, comme indiqué dans le tableau 430.52(C)(1). Des essais sur le terrain nécessitent un classement de 1300 % du courant à pleine charge, comme le permet la section 430.52(C)(3).
a) Trouvez les courants à pleine charge des moteurs dans les tableaux.
b) Trouvez la capacité minimale acceptable des conducteurs d’alimentation.
c) Trouvez la taille minimale des conducteurs en cuivre de l’alimentation s’ils sont classés à 75 °C.
d) Trouvez le classement maximal ou le réglage d’un disjoncteur à temps inverse pour la protection contre les surintensités de l’alimentation.
a) Consultez le tableau 430.250 et lisez les courants à pleine charge suivants sous la colonne 460 V :
Moteur de 100-ch = 124 A
Moteur de 50-ch = 65 A
b) Selon la section 430.24, la capacité minimale des conducteurs d’alimentation est :
125 % × 124 + 65 = 220 A
c) Consultez le tableau 310.16, la colonne des conducteurs en cuivre à 75 °C, et lisez une capacité de 230 A pour une taille de conducteur N° 4/0 AWG.
Sélectionnez des conducteurs en cuivre de taille N° 4/0 AWG
d) Trouvez la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour les circuits de dérivation utilisant des disjoncteurs à déclenchement instantané pour les deux moteurs (à partir du tableau 430.52(C)(1)):
1. Protégez le moteur de 100-ch à ne pas plus que 124 A × 800 % = 992 A. Utilisez un disjoncteur à déclenchement instantané de 1000 A.
Mais il se déclenche au démarrage.
Ensuite, protégez à un maximum de 124 A × 1300 % = 1612 A.
Redescendez à la taille suivante inférieure et utilisez un disjoncteur à déclenchement instantané de 1600 A.
2. Protégez le moteur de 50-ch à ne pas plus que 65 A × 800 % = 520 A. Utilisez un disjoncteur à déclenchement instantané de 600 A.
Maintenant, calculez la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour le moteur de 100-ch en utilisant un disjoncteur à temps inverse.
Protégez le moteur de 100-ch à ne pas plus que 124 A × 250 % = 310 A. Utilisez un disjoncteur à temps inverse de 350 A.
Comme couvert dans la section 430.62(A), le classement maximal ou le réglage pour le dispositif de surintensité protégeant l’alimentation ne doit pas être supérieur à :
350 + 65 = 415 A
Utilisez un classement en ampères standard de 400 A pour le disjoncteur à temps inverse de l’alimentation des moteurs. Ce classement le plus proche ne dépasse pas la valeur maximale autorisée de 415 A.
Exception N° 2 :
Appliquez les règles de la section 430.94, “Protection contre les surintensités,” pour un centre de contrôle des moteurs lorsque le dispositif de protection contre les surintensités de l’alimentation le protège également.
Le classement en ampères ou le réglage du dispositif de protection contre les surintensités ne doit pas dépasser le classement du bus d’alimentation commun du centre de contrôle des moteurs.
Section 430.62(B) Autres installations
- Vous pouvez calculer le classement ou le réglage du dispositif de protection contre les surintensités de l’alimentation en fonction de la capacité des conducteurs d’alimentation si cela dépasse les exigences spécifiées dans la section 430.24.
Cette situation est typique dans les grandes usines industrielles, où les alimentations peuvent être surdimensionnées pour accueillir la croissance future des charges, des changements ou des conditions d’exploitation nécessitant le démarrage simultané de plusieurs moteurs.
La meilleure pratique recommande d’utiliser le classement ou le réglage le plus bas possible.
Section 430.63 Classification ou Réglage — Moteurs et autres charges
- Lorsqu’une alimentation fournit une charge de moteur plus d’autres charges, le classement de la protection contre les surintensités de l’alimentation doit être d’au moins la somme des autres charges plus le classement autorisé à la section 430.52 pour un moteur unique, section 440.22 pour un moteur-compresseur hermétique unique, ou section 430.62 pour deux moteurs ou plus.
- Suivez la section 430.24 pour calculer la capacité des conducteurs alimentant le moteur et d’autres charges.
Exemple 4 : La figure 4 montre la configuration pour l’exemple 1 plus un seul ensemble de conducteurs d’alimentation (3 phases et un neutre) alimentant un panneau d’éclairage. La charge continue sur l’alimentation est de 50 A par phase, une charge équilibrée.
a) Trouvez la capacité minimale acceptable des conducteurs pour l’alimentation combinée.
b) Trouvez la taille minimale des conducteurs en cuivre pour l’alimentation combinée si les bornes sont classées à 75 °C.
c) Trouvez le classement maximal ou le réglage d’un disjoncteur à temps inverse pour protéger l’alimentation combinée.
d) Calculez le classement minimal standard en ampères d’un fusible pour protéger l’alimentation du panneau contre les surintensités.
e) Calculez la capacité minimale des conducteurs de phase du panneau d’alimentation.
f) Déterminez la taille minimale autorisée des conducteurs en aluminium THW pour les conducteurs de phase du panneau d’alimentation.
g) Déterminez la taille minimale autorisée du conducteur en aluminium THW pour le neutre de l’alimentation du panneau.
Figure 4. Configuration de l’exemple 4. Image utilisée avec la courtoisie de Lorenzo Mari
Solution :
a) D’après l’exemple 1, la charge moteur est :
125% × 120 + (2 × 78,2) + 32,2 + 17,5 = 356,1 A
Charge d’éclairage continue (selon la section 430.24) : 125 % x 50 = 62,5 A
Charge totale = 356,1 + 62,5 = 418,6 A
Capacité minimale d’alimentation acceptable des conducteurs = 418,6 A
b) Consultez le tableau 310.16, la colonne des conducteurs en cuivre à 75 °C, et lisez une capacité de 420 A pour une taille de conducteur de 800 kcmil.
Sélectionnez des conducteurs en cuivre de taille 800 kcmil
c) D’après l’exemple 1, le dispositif de protection de l’alimentation des moteurs = 400 A
Charge d’éclairage : 50 A
Charge combinée = 400 + 50 = 450 A
Utilisez un disjoncteur à temps inverse avec un classement standard en ampères de 450 A
d) Selon la section 215.3, le classement minimal est :
125% x 50 A = 62,5 A
Utilisez un fusible avec un classement standard en ampères de 70 A
La section 240.4(B) permet d’utiliser le classement de l’appareil de protection contre les surintensités suivant le classement standard supérieur.
e) Selon la section 215.2(A)(1), la capacité minimale du conducteur est :
125% x 50 A = 62,5 A
f) Consultez le tableau 310.16, la colonne des conducteurs en aluminium à 75 °C, et lisez une capacité de 65 A pour une taille de conducteur N° 4 AWG THW.
Sélectionnez des conducteurs en aluminium de taille N° 4 AWG THW
Le classement du dispositif de protection contre les surintensités de l’alimentation est supérieur à la capacité des conducteurs de phase. La section 240.4(B) permet cette situation dans certaines conditions, toutes respectées dans cet exemple.
g) La section 220.61(B) contient deux considérations qui permettent d’utiliser un conducteur neutre plus petit que les conducteurs de phase. Comme cet exemple ne répond pas à de telles considérations, utilisez le même conducteur que dans les phases.
Sélectionnez des conducteurs en aluminium de taille N° 4 AWG THW
Protection des alimentations des moteurs contre les courts-circuits et les défauts à la terre : Points essentiels
- Calculez le classement d’un dispositif de protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour les alimentations des moteurs en ajoutant le classement du plus grand dispositif de protection de circuit de dérivation et les courants à pleine charge de tous les autres moteurs.
- Dimensionnez les conducteurs conformément à la section 430.24.
- Supposez que le dispositif de protection de l’alimentation est du même type que le plus grand dispositif de protection de circuit de dérivation lors du calcul de son classement.
- Évaluez la protection contre les surintensités de l’alimentation comme une valeur minimale, en ajoutant les autres charges et le classement autorisé dans les sections 430.52, 440.22 ou 430.62, selon le cas, lorsque l’alimentation fournit une charge de moteur et une autre charge(s).