Un incident récent a impliqué un entrepreneur dans l'Illinois qui a installé des câbles pour une nouvelle cuisine commerciale en utilisant du cuivre THHN de 10 AWG pour un circuit triphasé de 30 ampères et 208 volts pour un four à convection. Ce type de conducteur est classé pour 600 volts. Le tableau d'ampacité du NEC a approuvé 35 ampères pour une utilisation avec ce conducteur dans l'installation spécifique. Il semblait que tout était en ordre, mais l'inspecteur a désapprouvé l'installation non pas en raison de la taille du fil ou de la tension, mais parce que l'entrepreneur a fait passer le fil de 208 volts dans le même conduit que plusieurs circuits d'éclairage de branche de 120 volts sans aucune barrière physique. Cela viole l'exigence du NEC stipulant que les fils de classes de tension différentes doivent être séparés à moins que tous ne soient isolés pour la tension maximale. Pour rendre l'installation conforme, il serait nécessaire de retirer les fils avec les tensions plus élevées et d'utiliser à la place un conduit séparé pour eux. La conclusion principale est classique : respecter les exigences du NEC en matière de câblage et de tension ne signifie pas seulement vérifier l'ampacité et la classification d'isolation. Il y a une interaction entre la tension, la classification d'isolation, la distance et les écarts de sécurité. Ce guide décrit les règles de base du NEC qui relient la dimension des fils et l'isolation.
Résumé : Le NEC ne contient rien de semblable à un tableau spécifiant quel fil doit être utilisé pour chaque niveau de tension. Ce que le NEC présente à la place est un ensemble complexe de spécifications interconnectées qui décrivent plusieurs facteurs importants affectant la relation entre un fil et la tension qu'il transporte. Parmi ces spécifications clés, nous trouvons la classification de la tension d'isolation (Article 310.4 du NEC — exige que tous les fils soient correctement isolés pour la tension la plus élevée pouvant apparaître dans le conduit ou le câble et que les fils de classes de tension différentes soient séparés les uns des autres, sauf s'ils sont correctement isolés), l'ampacité et la classification de température (Article 310.16 du NEC et tableaux pertinents — détermine la capacité des fils en fonction de la section du fil, de la classification de température de l'isolation, de la température ambiante et du nombre de fils dans le conduit et exige que la section des fils soit calculée pour fournir une capacité de flux de fils pas inférieure à celle du courant de charge et de la classification du disjoncteur), la chute de tension (Article 210.19(A) Note d'ingénierie n° 4 exige qu'aucune chute de tension supérieure à 5% ne se produise pendant le fonctionnement du fil sur un circuit de dérivation et pas plus de 3% dans le feeder et 2% dans le conducteur) et le principe d'adoption de 125% (Article 210.19(A)(1) du NEC — stipule que la section du fil doit correspondre à 125% de la charge continue plus 100% de la charge destinée à être utilisée dans une opération non continue). Toutes les spécifications mentionnées ci-dessus sont interconnectées : par exemple, un fil conforme à la norme d'isolation peut se révéler plus petit que requis pour l'ampacité et/ou la chute de tension ; de même, un fil qui respecte les normes de dimensionnement peut se retrouver mal installé s'il est placé dans le conduit aux côtés d'autres fils appartenant à une norme de tension différente.
La classification de la tension d'isolation : la première et la plus fondamentale des exigences
Tous les types de conducteurs produits pour le câblage à l'intérieur des bâtiments se voient attribuer une classification de tension indiquée soit sur l'isolation, soit sur la gaine du câble. La classification de tension signifie que l'isolation est capable de résister à la tension indiquée de manière continue et est la première chose que l'électricien ou l'inspecteur examinera pour vérifier si un conducteur spécifique peut être appliqué à un circuit spécifique. Selon la pratique standard dans les installations de bâtiment basse tension, 300 V, 600 V et 1 000 V sont considérés comme des classifications de tension d'isolation standard. Le câblage des conducteurs pouvant résister à une tension d'isolation de 600 V, qui est largement utilisé pour le câblage des circuits de dérivation résidentiels et commerciaux, y compris les conducteurs THHN, THWN et XHHW, est adapté à l'application de tout type de circuit jusqu'à 600 V. Le câblage des conducteurs pouvant résister à une tension d'isolation de 300 V est souvent appliqué pour le câblage d'équipement, les fils de fixation et certains câbles de contrôle et ne peut être utilisé que pour des circuits utilisant jusqu'à 300 V d'électricité.
Bien que la règle du NEC, qui est stipulée dans l'Article 310.4, soit simple en concept, elle a une signification particulière qui n'est pas toujours reconnue. En essence, tous les conducteurs qui sont placés dans un conduit, un câble ou un boîtier doivent être isolés conformément à la tension la plus élevée trouvée dans le conduit, le câble ou le boîtier. Par conséquent, si le conduit contient des conducteurs d'éclairage de 120 volts ainsi que des conducteurs de moteur de 480 volts, alors tous les conducteurs dans le conduit doivent être isolés conformément à une tension d'au moins 600 volts. L'isolation des conducteurs de 120 volts ne peut pas consister en une isolation de 300 volts même si les conducteurs n'ont que 120 volts ; les conducteurs sont ensemble avec ceux qui conduisent des tensions plus élevées, et donc tous les fils installés dans le même conduit doivent être classés pour la tension maximale présente dans le câblage. Le NEC fournit une deuxième possibilité : des conducteurs avec différentes tensions peuvent partager le même conduit s'ils sont isolés les uns des autres à l'aide de barrières non conductrices, bien qu'il soit extrêmement rare que l'équipement soit installé sur le terrain. La pratique typique est de couvrir le câblage à tension mixte à l'aide de conducteurs qui sont classés pour 600 volts, ce qui explique le mieux pourquoi les conducteurs avec cette classification sont utilisés pour presque tous les câblages industriels et commerciaux. Le Association nationale de protection contre l'incendie (NFPA), qui publie le NEC, fournit le texte complet de l'Article 310 et les tableaux associés qui définissent les classifications d'isolation, l'ampacité et les conditions d'installation pour chaque type de conducteur.
Ampacité et dimensionnement des conducteurs : La relation entre le calibre du fil, la température et le courant
Dans un conducteur, la tension reste un facteur significatif, cependant, ce n'est pas le seul déterminant des dimensions du conducteur. De plus, la taille du conducteur est censée accueillir le courant requis par la charge, et la taille dépend de facteurs tels que le calibre du conducteur, la classification de température de l'isolation, les conditions ambiantes, ainsi que la quantité de courants circulant dans le circuit. Les tableaux d'ampacité selon le NEC – spécifiquement, le Tableau 310.16 ont facilité le calcul de la quantité maximale de courant permise pour le type de conducteur en fonction de son calibre. Par exemple, un conducteur en cuivre de calibre 12 avec une isolation classée pour 75˚C peut accueillir 25 ampères (malgré le fait que le NEC a limité la quantité de courant à 20 ampères pour le circuit) en raison du fait qu'en termes de ses règlements, les petits conducteurs sont plus susceptibles de rencontrer des problèmes de surchauffe. Dans le tableau ci-dessous, diverses données d'ampacité sont résumées pour les conducteurs en cuivre utilisés dans le câblage des bâtiments selon la norme de classification de température du NEC (75 C).
| Taille du conducteur (AWG, Cuivre) | Ampacité à 75°C (Tableau 310.16) | Classification standard des dispositifs de surintensité (NEC 240.4(D)) | Application typique |
|---|---|---|---|
| 14 AWG | 20 A | 15 A | Circuits d'éclairage et de prises de courant à usage général de 15 ampères |
| 12 AWG | 25 A | 20 A | Circuits de prises de courant de cuisine, de buanderie et de salle de bain de 20 ampères |
| 10 AWG | 35 A | 30 A | circuits de sécheuse de 30 ampères, petits climatiseurs, chauffe-eau électriques |
| 8 AWG | 50 A | 40 A ou 50 A (selon la charge et l'application) | circuits de plage de 40 ampères ou 50 ampères, chargeurs de VE |
| 6 AWG | 65 A | 50 A ou 60 A | Chargeurs de VE plus grands, sous-panneaux, spas |
| 4 AWG | 85 A | 70 A ou 80 A | Alimentations de sous-panneaux, équipements résidentiels de grande taille |
| 2 AWG | 115 A | 100 A | Sous-panneaux résidentiels, petites entrées de service |
Les chiffres d'ampacité sont sujets à modification en fonction des facteurs environnementaux et du nombre de conducteurs présents dans un conduit. Dans le cas où un conducteur est utilisé dans un grenier chaud, où la température ambiante dépasse la température de référence standard de 30°C (86°F), il doit être déclassé où son ampacité permise est diminuée par les multiplicateurs dans le Tableau 310.15(B)(1). De plus, un conduit qui a plus de trois conducteurs porteurs de courant doit être déclassé selon les chiffres fournis dans le Tableau 310.15(C)(1). En conséquence, la réduction de l'ampacité autorisée du conducteur a lieu, et un tel fil peut être mal dimensionné pour le circuit au-dessus de la température. Pour obtenir de l'aide avec le calcul spécifique pour tout circuit, notre guide sur quelle taille de disjoncteur vous avez besoin explique le processus basé sur le NEC pour les charges générales et de moteur, y compris les facteurs de déclassement qui s'appliquent aux installations groupées et à haute température.
Chute de tension : La recommandation du NEC qui devient une exigence en pratique
La chute de tension n'est pas une exigence qui doit être suivie selon le NEC ; c'est plutôt une directive générale que de nombreux types de projets suivent. Pour la plupart, les recommandations de chute de tension du NEC sont suivies par de nombreux ingénieurs. Selon l'Article 210.19(A) Note d'information n° 4, le NEC recommande qu'un circuit de dérivation ne montre pas une valeur de chute de tension dépassant 5%, où il ne devrait pas y avoir plus de 3% situé sur l'alimentation et un maximum de 2% présent sur le circuit de dérivation. Les directives du NEC stipulent qu'une charge de 120 volts devrait recevoir une alimentation en tension allant jusqu'à 114 volts. De même, dans le cas de charges de 240 et 480 volts, les valeurs respectives fournies sont de 228 volts et 456 volts.
La chute de tension est déterminée par la longueur du conducteur, la taille du conducteur, la quantité de courant qui y circule et la tension de l'alimentation. Le même conducteur en cuivre de 12 AWG utilisé pour transporter 20 ampères sans chute de tension observable sur une distance de 50 pieds subira une chute d'environ 6% lorsque la distance augmente à 200 pieds, ce qui est supérieur à ce qui est acceptable selon le Code national de l'électricité et pourrait entraîner des problèmes tels que le scintillement des ampoules, la surchauffe des moteurs et le dysfonctionnement des appareils électroniques. Ce problème peut être résolu en augmentant la taille du conducteur, en utilisant un conducteur en cuivre de 10 AWG ou même de 8 AWG pour les longues distances, afin d'assurer une résistance suffisante et une plage de chute de tension acceptable. Dans le tableau ci-dessous, les longueurs maximales mentionnées ci-dessus pour différentes tailles de conducteurs et charges sont fournies.
| Taille du conducteur (AWG, Cuivre) | Courant de charge | Distance maximale approximative pour une chute de tension de 3% (circuit de 120 V) |
|---|---|---|
| 14 AWG | 15 A | 50 pieds (15 mètres) |
| 12 AWG | 20 A | 60 pieds (18 mètres) |
| 10 AWG | 30 A | 70 pieds (21 mètres) |
| 8 AWG | 50 A | 75 pieds (23 mètres) |
Ces distances sont approximatives et doivent être calculées précisément pour l'installation spécifique, en utilisant le courant de charge réel, la longueur réelle du conducteur et la formule de chute de tension NEC applicable. Les calculateurs en ligne et les applications mobiles, dont beaucoup sont référencés par des organisations industrielles telles que le Magazine de l'Entrepreneur Électricien, offrent un moyen pratique d'effectuer ces calculs sur le terrain, mais la formule sous-jacente — Vd = (2 × L × I × R) / 1 000 pour les circuits monophasés, où R est la résistance du conducteur par 1 000 pieds selon le tableau 8 du chapitre 9 du NEC — est simple et peut être calculée avec une calculatrice d'ingénierie standard.
La règle 125% pour les charges continues : dimensionnement des conducteurs pour les longues distances
La règle 125% du NEC est l'une des dispositions les plus souvent mal interprétées dans le code. Elle influence la taille du conducteur requis pour un circuit. En termes simples, une charge continue est décrite dans le NEC comme un type de charge qui fonctionne pendant au moins 3 heures. Dans ce cas, les conducteurs utilisés pour le circuit doivent être calculés sur la base de 125% de la charge continue ainsi que de 100% de la charge non continue. Par exemple, si nous avons un circuit avec une charge continue de 16 A (par exemple un chauffe-eau), cela produira une intensité nominale de 20 A — 16 A * 1,25 = 20 A. Cela indique que le conducteur en cuivre de calibre 12 est le plus petit conducteur pouvant être utilisé pour cette charge. À titre de référence, un fil en cuivre de calibre 14 serait trop petit car il a une capacité de 15 A. De plus, la règle s'applique également au dispositif de protection contre les surintensités : le disjoncteur est également dimensionné à 125% de la charge. Ainsi, dans notre cas de 16 A, nous devrons utiliser un disjoncteur de 20 A. C'est pourquoi de nombreux circuits résidentiels (en particulier les systèmes de chauffage domestique, les circuits d'éclairage normaux dans les bâtiments et les centres de données) utilisent un circuit de 20 A avec un fil de calibre 12, conformément au code, car ce dernier l'exige et protège les fils de la chaleur générée par une utilisation continue. La Magazine de l'Entrepreneur Électricien et le UL fournissent des directives détaillées sur l'application de la règle 125% dans les installations résidentielles et commerciales.
La règle 83% : lorsque les conducteurs d'entrée de service sont dimensionnés différemment
La règle 83% de la NEC est une règle importante pour les conducteurs d'entrée de service résidentiels. Selon l'article 310.12(A) de la NEC, le conducteur d'entrée de service pour une habitation unifamiliale peut être calculé à 83% de la capacité de service, ce qui diffère de la pratique normale où un service résidentiel de 200 ampères est calculé en fonction de la charge complète comme cela serait fait pour un service commercial de 200 ampères. La règle 83% prend en compte la nature diverse de l'alimentation électrique dans les maisons, où il est peu probable que tous les appareils, lumières et prises soient utilisés à pleine charge. Ainsi, un service de 200 ampères peut fonctionner avec un câble en cuivre 2/0 AWG, capable de fournir un courant de 175 ampères à une température de 75°C, contrairement au câble en cuivre 3/0 AWG utilisé dans un système commercial de 200 ampères. De plus, la réglementation 83% concerne uniquement le conducteur d'entrée de service, qui est le câble reliant le point de connexion du fournisseur au disjoncteur principal d'une habitation, mais ne s'applique pas aux conducteurs d'alimentation, aux conducteurs de circuits dérivés ou à tout autre service en aval. En outre, la règle 83% s'applique uniquement aux habitations unifamiliales et il est logique que tous les autres secteurs aient leurs conducteurs de service calculés en fonction des exigences de charge et de la capacité de l'appareil de protection contre les surintensités.
Comment toutes ces règles interagissent : un exemple pratique
Les spécifications de la NEC concernant les fils et leurs niveaux de tension sont des règles interdépendantes qui doivent toutes être respectées par un seul fil. Par exemple, un fabricant peut utiliser un circuit moteur triphasé de 480 volts et 30 ampères. Le fil doit avoir une isolation d'une capacité minimale de 600 volts car la tension de 480 volts est liée aux systèmes basse tension qui nécessitent des fils avec une isolation de 600 volts. Le fil doit répondre à l'exigence que la taille du fil soit égale ou supérieure au courant du moteur lorsqu'il est en charge maximale. Pour un moteur fonctionnant à 30 ampères et 480 volts, le fil peut être un fil en cuivre #10. Cependant, en raison de la réglementation spécifique de la NEC sur les circuits moteurs stipulant qu'un système de protection contre les surintensités doit supporter 125% du courant nominal du moteur (lorsqu'il est utilisé avec des moteurs à service continu), la taille du fil peut être supérieure à celle d'un fil en cuivre #10. De plus, le fil doit également être déclassé en cas de conditions climatiques chaudes ; par exemple, un plafond d'usine peut être déclassé en été, ce qui nécessite d'augmenter les dimensions des fils nécessaires. Les dimensions du fil doivent également être vérifiées en ce qui concerne la chute de tension ; par exemple, un fil de 300 pieds fonctionnant à 480 volts peut être un fil #8 ou #6 selon les contraintes imposées par la chute de tension. Le fil doit également partager le système avec des fils ayant la même capacité d'isolation électrique supérieure à 600 volts. Le conducteur utilisé pour un moteur doit répondre à toutes ces exigences différentes.
Questions Fréquemment Posées
Quelle est la règle 125% dans la NEC ?
Selon l'Article 210.19(A)(1) du NEC, les conducteurs et le dispositif de protection contre les surintensités doivent avoir une taille de 125 % de la charge continue plus 100 % de la charge non continue pour une charge continue qui fonctionne pendant trois heures ou plus. Par conséquent, pour une charge continue de 16 ampères, les conducteurs doivent avoir une taille équivalente à 20 ampères et un disjoncteur de 20 ampères. Cette règle aide à maintenir la sécurité thermique en empêchant les fils de surchauffer lors d'un fonctionnement continu prolongé.
Comment déterminer la tension appliquée aux conducteurs ?
Pour mesurer la tension sur un conducteur, un multimètre numérique réglé pour mesurer la tension alternative est utilisé avec les sondes de mesure placées de manière à ce que l'une soit connectée au conducteur tandis que la seconde est attachée au fil de terre du circuit. La tension d'un fil ne peut être mesurée que lorsque le fil est sous tension, et la mesure ne peut être effectuée que par un électricien certifié utilisant les appareils de test appropriés ainsi que l'équipement de sécurité. La tension que le conducteur peut supporter est indiquée sur son isolation, et elle est généralement de 300 ou 600 volts pour l'isolation des fils de bâtiment, bien que cette tension ne doive pas être confondue avec la tension réelle présente sur le conducteur au moment de la mesure.
Quelle est la règle de chute de tension 5 % du NEC ?
Selon les directives présentées dans la Note d'information n° 4 de l'Article 210.19(A) du National Electrical Code (NEC), il est conseillé que la chute de tension maximale globale dans un circuit dérivé ne dépasse pas 5 % de la tension d'alimentation, ce qui doit inclure la chute de tension du conducteur d'alimentation de 3 % et la chute de tension du circuit dérivé jusqu'à 2 %. Bien qu'il ne s'agisse que d'une recommandation, elle est néanmoins couramment adoptée par de nombreuses spécifications de conception et réglementations de construction. La chute de tension peut être efficacement réduite en utilisant des conducteurs de calibre plus important et en tenant compte du courant de charge actif, de la longueur des fils et de la tension d'alimentation.
Quelle est la règle des 83 % dans le NEC ?
L'Article 310.12(A) du NEC explique la règle des 83 %, qui stipule que pour une maison unifamiliale, les conducteurs d'entrée de service peuvent être dimensionnés à 83 % de la capacité réelle du service ou de la charge. Cela signifie qu'un service résidentiel évalué à 200 ampères peut utiliser des conducteurs 2/0 AWG au lieu du conducteur en cuivre 3/0 AWG plus grand qui serait requis dans une application commerciale. Cependant, la règle des 83 % ne s'applique qu'aux conducteurs d'entrée de service des habitations unifamiliales, tandis que tous les autres conducteurs doivent être dimensionnés selon leur ampacité réelle, déterminée par les calculs de charge et les dispositifs de protection contre les surintensités pour ces circuits.
Références
- NFPA 70 — Code national de l'électricité (NEC). La norme fondamentale pour l'installation électrique aux États-Unis, incluant les Articles 210, 240, 310, ainsi que les tableaux d'ampacité et de chute de tension qui régissent le dimensionnement et l'installation des conducteurs. National Fire Protection Association.
- UL — Normes et certification des fils et câbles. Les normes de test et de certification qui définissent les tensions d’isolement, les températures nominales et l’ampacité des fils et câbles de bâtiment.
- Electrical Contractor Magazine — Guides d’application du NEC et calculs de chute de tension. Publication industrielle fournissant des conseils pratiques sur l’application des règles du NEC concernant la dimension des conducteurs, l’ampacité et la chute de tension dans des installations réelles.
- Mike Holt Enterprises — Formation NEC et dimensionnement des conducteurs. Ressources éducatives sur les règles de dimensionnement des conducteurs du NEC, incluant les outils de calcul interactifs et les explications détaillées de la règle 125%, de la règle 83%, et des recommandations sur la chute de tension.
La Exigences NEC pour les fils et la tension qu’ils supportent ne sont pas une seule table ni une seule règle. Ce sont un ensemble de exigences interdépendantes — tension d’isolement, ampacité, chute de tension, dimensionnement pour charge continue, et dimensionnement pour l’entrée de service — qui garantissent ensemble que chaque conducteur dans une installation électrique est correctement spécifié pour sa tension, son courant, sa distance et son environnement. L’électricien qui tire un conducteur de calibre 12 pour un circuit de 20 ampères, l’ingénieur qui dimensionne un câble de 500 kcmil pour un tableau de distribution de 400 ampères, et l’inspecteur qui vérifie que les conducteurs dans un chemin de câbles à tensions mixtes sont tous classés pour la tension la plus élevée présente appliquent tous le même cadre NEC. Comprendre ce cadre — et appliquer chaque partie, pas seulement la table d’ampacité — est la base d’une installation électrique sûre et conforme au code.
