Comment dimensionner un centre de charge, des panneaux de distribution et un tableau de distribution ?

Dimensionnement du centre de charge, des panneaux de distribution, du tableau de distribution et de l'unité de consommation selon NEC et IEC ?

La planification est la première et la principale priorité pour tous les projets de câblage électrique et une estimation et une analyse appropriées basées sur un calcul précis sont indispensables lors de la conception et de l'installation d'un système de distribution dans des applications résidentielles ou commerciales. . C'est parce que la taille correctement déterminée du centre de distribution et des panneaux de distribution transportera et gérera la charge actuelle ainsi que la charge future (le cas échéant) en toute sécurité et en douceur.

De cette façon, les centres de distribution et les tableaux de distribution doivent être correctement dimensionnés conformément aux codes NEC et CEI ou à d'autres codes régionaux applicables (dimensionnement similaire d'un fil et d'un câble appropriés, sélection de MCB de bonne taille ou calcul la classification des fiches et des prises, etc.). Dans le guide étape par étape d'aujourd'hui, nous montrerons comment sélectionner un panneau de distribution de bonne taille (centre de charge, tableau de distribution ou panneau de disjoncteur) selon NEC et IEC avec des exemples résolus.

Panneau de distribution, centre de charge et tableau de distribution ou unité de consommation

Différents termes sont utilisés pour le même centre de charge, tableau de distribution, tableau de distribution ou unité de consommation. En bref, un panneau ou un tableau de distribution est une combinaison de plusieurs dispositifs de protection tels que des disjoncteurs qui est utilisée pour contrôler et distribuer en toute sécurité la puissance éclectique aux points de charge tels que les points d'éclairage et les circuits finaux.

• Termes utilisés aux États-Unis  :Panneau de distribution, centre de charge, boîte de disjoncteur, panneau de service ou panneau électrique principal.
• Termes utilisés au Royaume-Uni et dans l'UE :Tableau de distribution (commercial), Unité de consommation (résidentiel), coffret disjoncteur, panneau principal etc.

Nous en avons déjà discuté en détail dans notre article précédent, passons au didacticiel étape par étape. L'exemple suivant peut également être utilisé pour déterminer la capacité de charge du disjoncteur principal ainsi qu'il peut être utilisé pour calculer la charge électrique globale dans une maison .

Comment dimensionner un tableau de distribution et un centre de charge ? 120/240V – NEC ?

Les niveaux de tension courants aux États-Unis pour les applications résidentielles sont de 120 V et 240 V monophasés. Les trois fils (identifiés comme Hot1 en couleur noire, Hot 2 en couleur rouge et Neutre en couleur blanche) du côté secondaire du transformateur divisé entrent dans le boîtier du compteur et le panneau de service principal (interrupteur principal).

Ainsi, la tension disponible dans un système de distribution monophasé est la suivante :

• Tension entre tout chaud (chaud 1 ou chaud 2) et neutre =120 V
• Tension entre Chaud 1 et Chaud 2 =240V

La figure suivante montre la vue d'ensemble d'un boîtier de panneau, le niveau de tension entre les différents conducteurs et le nombre de disjoncteurs.

Remarque 1 : L'exemple suivant est basé sur VA (Volt x Ampères) qui est connu sous le nom de puissance apparente. Vous pouvez utiliser la puissance active ou réelle (en Watts) qui est égale à Puissance apparente x facteur de puissance ou VA x PF car le facteur de puissance dans les bâtiments résidentiels est presque égal à l'unité (1). Dans ce cas, la puissance apparente en VA est égale à la puissance réelle en W "Watts".

Voyons maintenant l'exemple suivant pour déterminer la taille appropriée du panneau de distribution (centre de distribution ou tableau de distribution).

Remarque 2 : Cet exemple est basé sur NEC qui est applicable en Amérique du Nord, en particulier aux États-Unis et au Canada qui suit NEC et CEC. Vérifiez les autres exemples pour IEC et UK/EU juste après cet exemple.

Ce qui suit est un aperçu général d'un panneau de service principal et de ses différentes parties, y compris l'espace pour les futurs points de charge et les circuits 120 V et 240 V.

Exemple :

Calculez la bonne taille de centre de charge ou de tableau de distribution pour un 1 500 pi ² (pied carré) ou 139,35 m ² (mètres carrés) plan d'étage de la maison ayant les points de charge suivants :

• Climatiseur :240 V x 25 A =6 000 VA =6 kVA
• Gamme électrique :240 V x 35 A =9 600 VA =8,4 kVA
• Réchauffeur électrique :240 V x 30 A =7 200 VA =7,2 kVA
• Sèche-linge :240 V x 15 A =3 600 VA =3,6 kVA
• Lave-vaisselle :120 V x 10 A =1 200 VA =1,2 kVA
• Élimination des ordures =120 V x 8 A = 960 VA = 0,96 kVA
• Deux circuits de petits électroménagers dans la cuisine pour réfrigérateur, blinder, etc.
• Éclairage général, ventilateurs, appareils de salle de bain et charge future, etc.

Solution :

Permettez-nous de trouver et de calculer la puissance nominale de différents appareils électroménagers en fonction du plan d'étage sans sous-sol ni garage à l'aide des codes NEC et des tableaux associés.

Charge d'éclairage générale :

La charge d'éclairage générale minimale, y compris les prises non électroménagers pour les appareils électroménagers, par ex. TV, lampe de table, etc.) pour un logement est de 3 VA par pied ² (Tableau NEC 220.12).

De cette façon, la charge d'éclairage générale pour 1 800 pi ² (donné en exemple) :

3 VA x 1 500 pi ² =4500 VA =4,5 kVA

Charge des petits appareils électroménagers

Il doit y avoir au moins deux circuits pour petits appareils électroménagers de 120 V, 20 A, c'est-à-dire dans la cuisine pour les petits appareils tels que la cafetière et les grille-pain, etc. (NEC Article 210.11(C)(1) . Ces circuits doivent être évalués à 1,5 kVA (article 220.52(A) du NEC).

2 x 1 500 VA =3 000 VA =3 kVA

Circuit de blanchisserie

Il doit y avoir au moins un circuit de 120 V, 20 A pour la buanderie (article 210.11(C)(2) du NEC). La valeur nominale minimale en VA du circuit de buanderie doit être de 1,5 kVA. (Article NEC 220.52(B). Ainsi, la capacité de charge dans la buanderie :

1 500 VA =1,5 kVA

Ainsi, l'éclairage général total et les petits appareils électroménagers, y compris la puissance nominale du circuit de blanchisserie :

• Éclairage général =4,5 kVA
• Charge du petit appareil =3 kVA
• Circuit de blanchisserie =1,5 kVA

Total de l'éclairage général et des petits appareils =4,5 kVA + 3 kVA + 1,5 kVA =9 kVA

Facteur de demande

Comme nous savons que tous les appareils électriques ne sont pas opérationnels en même temps, c'est-à-dire (un seul peut être utilisé comme radiateur électrique ou comme réfrigérateur en fonction de la température). De même, tous les équipements ne sont pas toujours allumés en permanence, tels que le fer à repasser électrique, le chauffe-eau, l'éclairage, les ventilateurs, etc. Pour cette raison, les 3 premiers kVA sont évalués à 100 % tandis que la charge restante peut être évaluée à un facteur de demande de 35 % ( Tableau NEC 220.42). Par ici

• Les 3 premiers kVA à 100 % =3 kVA
• 6 kVA restants (9 kVA - 3 kVA) à 35 % =2,1 kVA

Total net de l'éclairage général et des petits appareils = 3 kVA + 2,1 kVA =5,1 kVA

Charges de gros appareils

Puissance élevée, par ex. les gros appareils à fonctionnement continu et non continu doivent être manipulés différemment. Nous avons les appareils électroménagers à haute puissance suivants dans l'exemple ci-dessus :

• Climatiseur :240 V x 25 A =6 kVA
• Gamme électrique :240 V x 35 A =8,4 kVA
• Chauffage électrique :240 V x 30 A =   7,2 kVA
• Sèche-linge :240 V x 15 A =3,6 kVA

Comme nous l'avons déjà mentionné ci-dessus, un climatiseur ou un radiateur électrique peut être utilisé en même temps, c'est-à-dire qu'un seul appareil est nécessaire pour fonctionner en fonction de la température. Dans ce cas, les appareils avec des puissances supérieures doivent être pris en compte (NEC® Article 220.82(C)). Dans notre exemple, la puissance du radiateur électrique (7,2 kVA) est supérieure à celle du climatiseur (6 kVA), nous considérerons alors le radiateur, soit 7,2 kVA

Le reste des appareils doit être évalué à 100 %, à l'exception de l'autonomie électrique, car il est utilisé pendant une courte période, c'est-à-dire qu'il est très discontinu par rapport aux autres appareils. Le facteur de demande admissible pour un chauffage électrique de 7,2 kW est de 5,76 kW (tableau NEC 220.55). Nous avons supposé que le facteur de puissance est égal à l'unité, c'est-à-dire "1" où puissance apparente =puissance réelle, par ex. kVA =kW. Par ici ;

• Autonomie électrique :=8,4 kVA
• Chauffage électrique =  5,76 kVA
• Sèche-linge : =3,6 kVA

Total net des gros appareils électroménagers =8,4 kVA + 5,76 kVA + 3,6 kVA =17,76 kVA

Charges diverses

Les charges diverses données dans l'exemple sont :

• Lave-vaisselle =1,2 kVA
• Élimination des ordures =0,96 kVA

Puissance de charge diverse nette =1,2 kVA + 0,96 kVA =2,16 kVA

Charge totale

Points de charge	Puissance en kW ou en kVA
Éclairage général, buanderie et petite charge	5,1 kVA
Charge nette des gros appareils	17,76 kVA
Charge d'appliance diverse	2,16 kVA
Chargement total	25,02 kVA

Service nécessaire

Les niveaux de tension d'alimentation courants aux États-Unis fournis aux résidences sont de 120 V/240 V. Ainsi, nous pouvons utiliser le niveau de tension le plus élevé pour déterminer le service requis (pour les ampères) en utilisant la formule suivante.

I =P / V

Où :

• I =Courant en Ampères
• P =Puissance en Watts (ou kVA où PF =1)
• V =Tension en Volts

Mettre les valeurs ;

I =25,02 kVA / 240 V

I =104.25A

Cela signifie que le service requis est 105A. Mais nous devons également ajouter l'expansion future et le facteur de sécurité.

Chargement futur :

Il est important d'ajouter un espace d'au moins deux circuits de dérivation pour la future extension. Le minimum de 2 disjoncteurs chacun d'un espace minimum de 10 A doit être ajouté, c'est-à-dire 2 x 10 A = 20 A

Le total des ampères = 20 A + 104,25 A = 124,25 A

Facteur de sécurité

Il est recommandé d'ajouter un facteur de sécurité de 20 % à l'ampérage total car les disjoncteurs et leurs opérations dans le centre de charge sont affectés par l'augmentation de la température. Ainsi, le courant total en ampères :

Amps nets totaux =20 % + 124,25 A = 149 A

La taille appropriée du centre de distribution ou du panneau de distribution = 150 ampères

Sur la base des calculs ci-dessus, la bonne taille de centre de charge ou panneau de distribution vaut 150A qui est la plus proche disponible de la valeur calculée.

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Comment dimensionner un tableau de distribution ? Triphasé, 400 V – CEI

Dans l'exemple suivant, nous allons vous montrer comment calculer la bonne taille de tableau de distribution triphasé 400 V, ce qui est principalement applicable dans les pays suivant les règles CEI, par ex. Royaume-Uni, UE et anciennes colonies britanniques.

Exemple : 

Quelle est la bonne taille d'un tableau de distribution triphasé si la charge totale estimée dans une maison est de 50 kVA. La charge est une combinaison de systèmes monophasés et triphasés (400 V et 230 V CA) comprenant la climatisation, un réfrigérateur, une cuisinière électrique, des pompes à eau, des machines à laver et des points d'éclairage généraux, etc. Considérez le facteur de puissance de 0,9.

Solution :

Tout d'abord, nous trouverons les ampères nécessaires en utilisant la formule du courant triphasé.

P =√3 x V  x I x Cos 

I =P / √3  x V x Cos Ô

Mettre les valeurs :

I =50 kW x / √3  x 400 V x 0,9

I =80.18A

Facteur de demande ou de diversité :

Le facteur de diversité général est de 80 % de la charge connectée f (voir CEI 60439 pour plus de détails). Dans ce cas,

80 % x 80,18 A =64,15 A .

Extension future :

La règle générale pour le facteur de sécurité est de 20 %. Vous pouvez donc l'ajouter également si nécessaire.

20 % x 64,15 A =76,98 A

Facteur de sécurité

La plage de sécurité minimale du facteur de sécurité est de 20 à 25 %. Nous allons donc l'ajouter à la valeur calculée du courant de charge comme suit :

25 % x 76,98 A =96,22 A

Désormais, la norme disponible la plus proche pour le MCCB doit être de 100 A pour le tableau de distribution triphasé 400 V qui est de la taille appropriée pour gérer une charge de 50 kW.

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Comment dimensionner une unité consommateur ? Monophasé, 230V – CEI

L'exemple suivant vous montrera comment trouver la bonne taille d'unité de consommation monophasée 230 V CA ou d'unité de garage et de MCB/MCCB associé pour gérer la charge résidentielle.

Exemple : 

Trouvez la taille appropriée d'une unité de consommation monophasée si la charge totale estimée dans une maison est de 12 kVA.

Solution :

Généralement, le facteur de puissance des maisons résidentielles ayant des charges normales est considéré comme l'unité "1". De cette façon, la charge totale en kVA =kW, c'est-à-dire que la puissance apparente est égale à la puissance réelle en watts en raison de l'absence de facteur de puissance.

Maintenant, nous devrons d'abord calculer le courant de charge en utilisant la formule générale du courant en ampères pour les circuits monophasés.

Tout d'abord, nous trouverons les ampères nécessaires en utilisant la formule du courant triphasé.

P =  V  x I x Cos 

I =P / V x Cos Ф

Mettre les valeurs :

I =12 kW x / 230 V x 1

I =52.17A

Facteur de demande ou de diversité :

Le facteur de diversité général est de 80 % de la charge connectée (vous pouvez sélectionner le pourcentage approprié en fonction du type de charge dans la norme CEI 60439). Dans ce cas,

80 % x 52,17 A =41,74 A

Extension future :

La règle générale pour le facteur de sécurité est de 20 %. Vous pouvez donc l'ajouter également si nécessaire.

20 % x 41,74 A =50 A

Facteur de sécurité

La plage de sécurité minimale du facteur de sécurité est de 20 à 25 %. Nous allons donc l'ajouter à la valeur calculée du courant de charge comme suit :

25 % x 50 A =62,5 A

De cette façon, nous pouvons sélectionner la norme disponible la plus proche de MCCB qui est de 63 A pour l'unité de consommation monophasée 230 V. Sur la base du calcul, ce 63A MCB ou MCCB est la bonne taille pour gérer une charge de 12 kW dans les résidences.

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