La protection des circuits de dérivation de moteurs individuels et groupés contre les courts-circuits et les défauts à la terre est essentielle. Découvrez comment ici.
Les circuits de dérivation des moteurs nécessitent une protection contre les températures excessives causées par des surcharges, des courts-circuits et des courants de défaut à la terre. La note d’information de la section 240.1 indique que la protection contre les surintensités pour les conducteurs et les équipements ouvre le circuit si le courant atteint une valeur susceptible de provoquer une température dangereuse dans les conducteurs ou l’isolation des conducteurs.
Les dispositifs de protection ne préviennent pas les courts-circuits ou les défauts à la terre, mais protègent les conducteurs des circuits de dérivation des moteurs, les dispositifs de commande des moteurs et les moteurs eux-mêmes en cas de survenance de ces défauts.
Image utilisée avec la permission de EATON
Partie IV Protection des circuits de dérivation de moteurs, courts-circuits et défauts à la terre
Section 430.51 NEC Généralités
La partie IV de l’article 430 spécifie des dispositifs pour protéger les conducteurs des circuits de dérivation des moteurs, les dispositifs de commande des moteurs et les moteurs contre les surintensités dues aux courts-circuits ou aux défauts à la terre.
- La partie IV s’applique aux moteurs d’une tension nominale de 1 kV ou moins.
La figure 1 montre un exemple d’emplacement pour la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre des circuits de dérivation des moteurs.
Figure 1. Exemple de position pour la protection des circuits de dérivation des moteurs contre les courts-circuits et les défauts à la terre. Image utilisée avec la permission de Lorenzo Mari
L’article 100 du Code national de l’électricité, intitulé « Définitions », définit un court-circuit comme une connexion anormale (y compris un arc) de faible impédance, accidentelle ou intentionnelle, entre deux ou plusieurs points ayant des potentiels différents. Cette définition est nouvelle dans le NEC.
De plus, l’article 100 définit un défaut à la terre comme une connexion conductive non intentionnelle entre un conducteur non mis à la terre et des conducteurs normalement non porteurs de courant, des enveloppes métalliques, des canalisations métalliques, des équipements métalliques ou la terre.
Le NEC met l’accent sur la protection des composants. Les sections 110.9 et 110.10 sont particulièrement importantes dans ce contexte :
Section 110.9 NEC Valeur d’interruption
- Les équipements destinés à interrompre les courants de défaut, tels que les disjoncteurs et les fusibles, doivent avoir une valeur d’interruption au moins égale au courant de défaut disponible aux bornes de ligne de l’équipement.
Section 110.10 NEC Impédance du circuit, valeurs de courant de courts-circuits et autres caractéristiques
- Sélectionnez et coordonnez les dispositifs de protection contre les surintensités, les valeurs de courant de courts-circuits des équipements, l’impédance totale et d’autres caractéristiques du circuit à protéger, afin de dégager un défaut sans endommager de manière importante les équipements électriques du circuit.
Les fusibles de protection et les disjoncteurs ouvrent le circuit en réponse à des courants élevés provenant de courts-circuits et de défauts entre phases et à la terre.
Section 430.52 NEC Valeur ou réglage pour le circuit de moteur individuel
Section 430.52(A) Généralités
- Se conformer à la section 430.52(B) et aux sections 430.52(C) ou (D) selon le cas.
Section 430.52(B) Tous les moteurs
- Le dispositif de protection du circuit de dérivation du moteur doit supporter le courant de démarrage du moteur.
Section 430.52(C) Valeur ou réglage
Section 430.52(C)(1) Conformément au tableau 430.52(C)(1)
- Utilisez un dispositif de protection avec une valeur ou un réglage ne dépassant pas les valeurs données dans le tableau 430.52(C)(1), sauf disposition contraire prévue aux sections 430.52(C)(1)(a) ou (b).
- Conformément à la section 430.6(A)(1), calculez la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre des moteurs en utilisant les valeurs de courant dans les tableaux 430.247, 248, 249 et 250.
- Ne pas utiliser les ampères à pleine charge du nom du moteur à cet effet.
Les pourcentages des valeurs de courant à pleine charge dans le tableau ci-dessous proviennent du tableau du NEC 430.52(C)(1).
Résumé du tableau NEC 430.52(C)(1)
Tableau 430.52(C)(1) Valeur maximale ou réglage des dispositifs de protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour les circuits de dérivation de moteurs | |||
Pourcentage du courant à pleine charge | |||
Type de moteur | Fusible non temporisé | Fusible temporisé | Disjoncteur à temps inverse |
Moteur à rotor bobiné | 150 | 150 | 150 |
CC | 150 | 150 | 150 |
Autres | 300 | 175 | 250 |
Les moteurs doivent avoir une valeur ou un réglage des dispositifs de protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre des circuits de dérivation capables de supporter les courants d’appel au démarrage. Le tableau 430.52(C)(1) montre les valeurs maximales autorisées de ces dispositifs. Vous devez connaître le type de dispositif de protection et de moteur.
Une ligne en haut du tableau contient les types de dispositifs de protection.
Le tableau ne comporte qu’une ligne pour les pourcentages du courant à pleine charge pour les moteurs monophasés et CC (tension constante).
Il existe plusieurs choix pour les moteurs polyphases – comme les moteurs triphasés. Vous devez savoir si le moteur est à rotor bobiné, autre que rotor bobiné, synchrone, à cage d’écureuil (autre que ceux ayant une efficacité énergétique de type B et une efficacité premium de type B), ou de type B avec une efficacité énergétique et une efficacité premium de type B.
Ces choix dictent quelle ligne utiliser pour trouver les pourcentages du courant à pleine charge afin de calculer la protection contre les surintensités maximale.
Section 430.52(C)(1)(a)
- Si les valeurs pour les dispositifs de protection des circuits de dérivation déterminées par le tableau 430.52(C)(1) ne correspondent pas aux valeurs normales d’ampères de la section 240.6, vous pouvez utiliser la valeur standard supérieure la plus proche.
Exemple 1 : Spécifiez un disjoncteur à temps inverse pour le moteur monophasé de 2 ch, 115 V, illustré dans la figure 2.
Figure 2. Configuration pour l’exemple 1. Image utilisée avec la permission de Lorenzo Mari
Solution :
Consultez le tableau 430.248 et lisez le courant à pleine charge = 24 A pour un moteur monophasé de 2 ch, 115 V.
Consultez le tableau 430.52(C)(1) et lisez 250 % du courant à pleine charge pour un moteur monophasé sous la colonne du disjoncteur à temps inverse.
Multipliez le courant à pleine charge par 250 %.
24 A x 2.5 = 60 A
Sélectionnez un disjoncteur à temps inverse de 60 A.
Exemple 2 : Répétez l’exemple 1 pour un moteur de 3 ch.
Solution :
Consultez le tableau 430.248 et lisez le courant à pleine charge = 34 A pour un moteur monophasé de 3 ch, 115 V.
Consultez le tableau 430.52(C)(1) et lisez 250 % du courant à pleine charge pour un moteur monophasé sous la colonne du disjoncteur à temps inverse.
Multipliez le courant à pleine charge par 250 %.
34 A x 2.5 = 85 A
Selon le tableau 240.6(A), 85 A n’est pas une valeur standard d’ampères. La section 430.52(C)(1)(a) permet l’utilisation de la valeur standard supérieure la plus proche, qui est 90 A.
Sélectionnez un disjoncteur à temps inverse de 90 A.
Exemple 3 : Répétez l’exemple 1 pour un moteur à rotor bobiné de 5 ch, 230 V, triphasé.
Solution :
Consultez le tableau 430.250 et lisez le courant à pleine charge = 15,2 A pour un moteur à rotor bobiné de 5 ch, 230 V, triphasé.
Consultez le tableau 430.52(C)(1) et lisez 150 % du courant à pleine charge pour un moteur à rotor bobiné sous la colonne du disjoncteur à temps inverse.
Multipliez le courant à pleine charge par 150 %.
15,2 A x 1,5 = 22,8 A
Selon le tableau 240.6(A), 22,8 A n’est pas une valeur standard d’ampères. La section 430.52(C)(1)(a) autorise l’utilisation de la valeur standard supérieure, qui est 25 A.
Sélectionnez un disjoncteur à temps inverse de 25 A.
Exemple 4 : Spécifiez un fusible non temporisé pour un moteur à cage d’écureuil de 50 ch, 460 V, triphasé.
Solution :
Consultez le tableau 430.250 et lisez le courant à pleine charge = 65 A pour un moteur à cage d’écureuil de 50 ch, 460 V, triphasé.
Consultez le tableau 430.52(C)(1) et lisez 300 % du courant à pleine charge pour un moteur à cage d’écureuil sous la colonne des fusibles non temporisés.
Multipliez le courant à pleine charge par 300 %.
65 A x 3 = 195 A
Selon le tableau 240.6(A), 195 A n’est pas une valeur standard d’ampères. La section 430.52(C)(1)(a) autorise l’utilisation de la valeur standard supérieure, qui est 200 A.
Sélectionnez un fusible non temporisé de 200 A.
Section 430.52(C)(1)(b)
- Appliquez l’une des pratiques suivantes lorsque la valeur spécifiée dans le tableau 430.52(C)(1), ou modifiée selon la section 430.52(C)(1)(a), n’est pas suffisante pour le courant de démarrage du moteur :
- Vous pouvez augmenter la valeur d’un fusible non temporisé ne dépassant pas 600 A ou d’un fusible temporisé de classe CC, mais elle ne doit pas dépasser 400 % du courant à pleine charge.
- Vous pouvez augmenter la valeur d’un fusible temporisé (à éléments doubles), mais elle ne doit pas dépasser 225 % du courant à pleine charge.
- Vous pouvez augmenter la valeur d’un disjoncteur à temps inverse, mais elle ne doit pas dépasser 400 % pour des courants à pleine charge de 100 A ou moins, ou 300 % pour des courants à pleine charge supérieurs à 100 A.
- Vous pouvez augmenter la valeur d’une classification de fusibles de 601 à 6000 A, mais elle ne doit pas dépasser 300 % du courant à pleine charge.
Exemple 5 : Spécifiez un fusible temporisé pour un moteur à cage d’écureuil de 20 ch, 460 V, triphasé si la valeur selon la section 430.52(C)(1)(a) est insuffisante pour le démarrage du moteur.
Solution :
Consultez le tableau 430.250 et lisez le courant à pleine charge = 27 A pour un moteur à cage d’écureuil de 20 ch, 460 V, triphasé.
Consultez le tableau 430.52(C)(1) et lisez 175 % du courant à pleine charge pour un moteur à cage d’écureuil sous la colonne du fusible temporisé.
Multipliez le courant à pleine charge par 175 %.
27 A x 1,75 = 47,25 A
Selon le tableau 240.6(A), 47,25 A n’est pas une valeur standard d’ampères. La section 430.52(C)(1)(a) permet l’utilisation de la valeur standard supérieure, qui est 50 A.
Mais 50 A n’est pas suffisant pour démarrer le moteur.
La section 430.52(C)(1)(b) permet d’augmenter la valeur d’un fusible temporisé (à éléments doubles), mais elle ne doit pas dépasser 225 % du courant à pleine charge.
Multipliez le courant à pleine charge par 225 %.
27 A x 2,25 = 60,75 A. Ce chiffre est la valeur maximale autorisée.
Selon le tableau 240.6(A), 60,75 A n’est pas une valeur standard d’ampères.
Réduisez à un fusible temporisé de 60 A.
NEC Section 430.53 Plusieurs moteurs ou charges sur un même circuit de dérivation
- Sous les conditions spécifiées dans les sections 430.53(D) et 430.53(A), (B) ou (C), deux moteurs ou plusieurs moteurs et d’autres charges peuvent être connectés au même circuit de dérivation.
- Les dispositifs de protection du circuit de dérivation doivent être des fusibles ou des disjoncteurs à temps inverse.
Bien que la section 430.52 régule la valeur ou le réglage pour les circuits de moteurs individuels, le NEC reconnaît l’utilisation de deux ou plusieurs moteurs ou un ou plusieurs moteurs et d’autres charges sur un même circuit de dérivation.
Section 430.53(A) Ne dépassant pas 1 ch
- Vous pouvez connecter deux ou plusieurs moteurs de 1 ch ou moins à un circuit de dérivation de 120 V protégé à un maximum de 20 A, ou à un circuit de dérivation de 1 kV ou moins protégé à 15 A maximum, si toutes les conditions suivantes sont respectées :
1. Aucun des moteurs n’a une valeur à pleine charge supérieure à 6 A.
2. Ne dépassez aucune des valeurs des dispositifs de protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre marquées sur les contrôleurs de moteurs.
3. La protection contre les surcharges individuelles pour ces moteurs est conforme à la section 430.32.
Section 430.53(B) Si le plus petit moteur est protégé
- Vous pouvez connecter deux ou plusieurs moteurs ou un ou plusieurs moteurs et d’autres charges à un circuit de dérivation sous toutes les conditions suivantes :
1. Le dispositif de protection du circuit de dérivation n’est pas plus grand que ce que permet la section 430.52 pour le plus petit moteur.
2. Chaque moteur a une protection contre les surcharges individuelle.
3. Le dispositif de protection du circuit de dérivation ne s’ouvrira pas dans les conditions normales de fonctionnement les plus sévères qui pourraient être rencontrées.
Exemple 6 : La figure 3 montre un circuit de dérivation triphasé de 480 V, trois fils, dans une usine industrielle alimentant trois moteurs à induction à cage d’écureuil de service général.
a.) Quelle section du NEC permet cet agencement en utilisant uniquement un disjoncteur à temps inverse tripolaire dans le panneau alimentant la charge ?
b.) Dimensionnez un disjoncteur à temps inverse (un disjoncteur thermique-magnétique typique avec un retard et une caractéristique de déclenchement instantané).
c.) Calculez l’ampacité minimale requise pour les conducteurs du circuit de dérivation.
d.) Déterminez la taille minimale des conducteurs en cuivre du circuit de dérivation si les bornes sont évaluées pour 75 °C.
Figure 3. Configuration pour l’exemple 6. Image utilisée avec la permission de Lorenzo Mari
Réponse :
a.) La section 430.53(B) permet cet agencement sous plusieurs conditions.
L’approche de la règle est que le dispositif de protection du circuit de dérivation ne doit pas dépasser la valeur autorisée par la section 430.52 pour le moteur de 1 ch. De plus, chaque moteur doit disposer d’une protection contre les surcharges distincte, et le disjoncteur ne doit pas s’ouvrir dans les conditions normales de service les plus strictes.
Dans cet exemple, le démarreur de moteur pour chacun des trois moteurs doit fournir une protection contre les surcharges.
b.) Utilisez les courants à pleine charge des moteurs dans le tableau 430-250 pour calculer la valeur maximale autorisée ou le réglage du dispositif de protection du circuit de dérivation. Ces valeurs sont :
Moteur de 1 ch = 2,1 A
Moteur de 1,5 ch = 3 A
Moteur de 5 ch = 7,6 A
Sélectionnez la valeur maximale du disjoncteur à temps inverse du circuit de dérivation selon le tableau 430.52(C)(1), basée sur le moteur de 1 ch.
250 % x 2,1 A = 5,25 A
Le tableau 240.6(A) montre que 5,25 A n’est pas une valeur standard d’ampères. La section 430.52(C)(1)(a) permet l’utilisation de la valeur standard supérieure, qui est de 10 A.
Le nouveau tableau 240.6, dans l’édition 2023 du NEC, inclut une valeur d’ampères standard de 10 A pour les fusibles et les disjoncteurs à temps inverse. Dans les éditions précédentes du NEC, la plus basse valeur d’ampères standard pour ces appareils était de 15 A.
La section 430.52(C)(1)(a) ne restreint pas l’utilisation d’un dispositif de protection de 10 A.
La section 210.23(A)(2), « Charges non autorisées pour des circuits de dérivation de 10 A », n’inclut pas les circuits de dérivation de moteurs dans cette liste – elle ne contient que des prises, des appareils, des ouvre-portes de garage et des équipements de blanchisserie.
Le courant total à pleine charge du fonctionnement simultané des trois moteurs est
2,1 A + 3 A + 7,6 A = 12,7 A
12,7 A est supérieur à 10 A. Le disjoncteur va déclencher, et le démarrage du moteur de 5 ch avec les deux autres moteurs en fonctionnement est impossible.
Nous ne pouvons pas choisir 15 A, qui est la prochaine valeur standard pour un disjoncteur après 10 A, car ce n’est pas « la valeur standard supérieure la plus proche » après 5,25 A dans le tableau 240.6(A).
Nous pouvons nous référer à la section 430.52(C)(1)(b), qui permet d’augmenter la valeur d’un disjoncteur à temps inverse lorsque la valeur modifiée selon la section 430.52(C)(1)(a) n’est pas suffisante pour le courant de démarrage du moteur. Mais la section 430.52(C)(1)(b)(3) ne permet pas de dépasser 400 % pour des courants à pleine charge de 100 A ou moins.
400 % x 2,1 A = 8,4 A
Le disjoncteur de 15 A dépasse la limite de 400 % et n’est pas approprié.
En conclusion, l’agencement dans la figure 3 n’est pas réalisable avec un disjoncteur à temps inverse de 10 A, et cela constituerait une violation du NEC de choisir 15 A.
Mais discutons davantage.
La section 210.23(A)(1), « Charges autorisées pour des circuits de dérivation de 10 A », ne permet que des charges d’éclairage, des ventilateurs d’extraction dans les habitations, et des unités de cheminée à gaz alimentées par des circuits de dérivation individuels.
Étant donné que la section 210.23(A)(1) semble destinée à alimenter seulement les circuits de dérivation avec des charges faibles, telles que les lumières, et non les moteurs industriels, nous pouvons déduire que les dispositifs de protection pour circuits de dérivation de moteurs industriels peuvent commencer à une valeur de 15 A.
Répétons donc l’exercice en utilisant un disjoncteur de 15 A si tel est le cas.
Le courant total à pleine charge des trois moteurs en fonctionnement simultané (12,7 A) est dans la plage de fonctionnement d’un disjoncteur de 15 A. De plus, nous pouvons accueillir le courant de démarrage du moteur de 5 ch dans le retard du disjoncteur afin qu’il puisse démarrer avec les deux autres moteurs en fonctionnement, ce qui est « les conditions normales de fonctionnement les plus sévères qui pourraient être rencontrées ».
Alors, utilisez un disjoncteur à temps inverse de 15 A.
c.) L’ampacité minimale des conducteurs du circuit de dérivation, selon la section 430.24, est
125 % x 7,6 + 2,1 + 3 = 14,6 A
d.) Selon le tableau 310.16, la taille minimale des conducteurs en cuivre du circuit de dérivation est de N° 14 AWG avec une ampacité de 20 A (évaluation à 75 °C).
Conclusion sur la protection des circuits de dérivation de moteurs
- La protection des circuits de moteurs protège les conducteurs alimentant le moteur, les dispositifs de commande du moteur et les moteurs eux-mêmes contre les surintensités causées par les courts-circuits ou les défauts à la terre.
- La section 430.52 contient les règles pour calculer la taille maximale ou le réglage du dispositif de surintensité protégeant un circuit de dérivation individuel de moteur.
- Le tableau 430.52(C)(1) liste les pourcentages du courant à pleine charge pour plusieurs types de dispositifs de protection.
- Pour dimensionner les dispositifs de protection, utilisez les valeurs de courant à pleine charge dans les tableaux 430.247 à 430.250. Ne pas utiliser les valeurs de nom du moteur.
- La section 450.52(C)(1)(a) autorise l’augmentation de la taille du dispositif de protection contre les surintensités si la taille calculée ne correspond pas à une valeur d’ampères standard selon la section 240.6.
- La section 450.52(C)(1)(b) permet d’augmenter la taille du dispositif de protection contre les surintensités encore plus si le moteur ne peut pas démarrer.
- Le nouveau tableau 240.6(A) inclut une valeur de 10 A comme dispositif de protection standard contre les surintensités.
- Bien que la section 430.52 fournisse des règlements spécifiques pour dimensionner le dispositif de protection contre les surintensités du circuit de dérivation pour un circuit de moteur individuel, la section 430.53 reconnaît l’utilisation de plusieurs moteurs ou charges sur un même circuit de dérivation.