Le secondaire d’un transformateur est l’endroit où deux tâches réglementaires se confondent facilement. Le NEC 450.3(B) dimensionne le dispositif qui protège l’enroulement du transformateur; il ne dit rien des conducteurs qui quittent les bornes secondaires, et le NEC 240.4(F) précise sans détour que ces conducteurs ne sont pas considérés comme protégés par le dispositif primaire, sauf sur un transformateur monophasé 2 fils à 2 fils ou triangle-triangle à 3 fils. Le parcours secondaire relève donc du NEC 240.21(C), cinq tolérances fondées sur la longueur, chacune assortie de son propre plancher de courant admissible — un dixième du calibre du dispositif primaire à 10 pi, un tiers à 25 pi, chacun multiplié par le rapport de tension primaire-secondaire. Le Canada n’utilise pas du tout la longueur : la règle 26-256(2)(a) du CCE fixe un plancher fixe de 125 % du courant secondaire nominal. Sur un secondaire de 150 kVA, 208Y/120 V, c’est la différence entre un plancher de 346 A et un plancher de 520 A — et, en général, entre au plus 83 % du courant secondaire nominal et un plancher fixe de 125 %. Ce sont ces règles qui sous-tendent le courant secondaire et les calibres de dispositifs produits par le calculateur de dimensionnement et de protection des transformateurs.
Pourquoi le dispositif primaire ne protège-t-il pas les conducteurs secondaires?
Un transformateur modifie à la fois la tension et le courant, de sorte qu’un défaut secondaire n’atteint le dispositif primaire que réduit par le rapport de transformation et modifié par le couplage des enroulements. Sur un transformateur triangle-étoile, un défaut secondaire monophasé ne présente pas à ce dispositif un courant proportionnel, ce qui explique pourquoi le NEC 240.4(F) refuse de présumer une protection. Seuls les cas symétriques y échappent — un transformateur monophasé à secondaire 2 fils, et un transformateur triphasé triangle-triangle à secondaire 3 fils — et, pour ceux-ci, le NEC 240.21(C)(1) permet au dispositif primaire de protéger l’artère secondaire, à condition que la protection soit conforme au 450.3 et ne dépasse pas le courant admissible du conducteur secondaire multiplié par le rapport de tension secondaire-primaire.
Tout autre transformateur nécessite soit un dispositif de protection secondaire, soit l’une des tolérances fondées sur la longueur présentées ci-dessous. Le disjoncteur principal secondaire est de toute façon généralement présent : le NEC 408.36 exige qu’un panneau de distribution soit protégé par un dispositif de protection dont le calibre ne dépasse pas celui du panneau, situé à l’intérieur de celui-ci ou en amont.
Que permet exactement le NEC 240.21(C)?
Cinq sous-sections suivent le 240.21(C)(1), chacune associant une longueur maximale à un plancher de courant admissible et à une condition de raccordement. La numérotation ci-dessous correspond au NEC 2023; les références canadiennes renvoient à la CSA C22.1.
| Sous-section | Longueur maximale | Courant admissible minimal du conducteur secondaire | Conditions clés |
|---|---|---|---|
| 240.21(C)(2) | 10 pi | Charge calculée, et calibre du dispositif alimenté; là où les conducteurs quittent l’enveloppe de dérivation, 1/10 × dispositif de protection primaire × rapport de tension | Ne pas dépasser l’équipement alimenté; placés dans un conduit ou une enveloppe métallique |
| 240.21(C)(3) | 25 pi | Non inférieure au calibre du courant secondaire du transformateur | Installations industrielles seulement, entretien par des personnes qualifiées |
| 240.21(C)(4) | Illimitée | Dimensionnés selon la charge et le raccordement | Conducteurs extérieurs; protégés contre les dommages physiques; dispositif unique intégré au sectionneur; sectionneur facilement accessible, à l’extérieur ou à l’intérieur, le plus près possible du point d’entrée, y compris les conducteurs réputés extérieurs en vertu du 230.6 |
| 240.21(C)(5) | 25 pi, primaire et secondaire combinés | Selon la règle de dérivation d’artère invoquée | Conducteurs secondaires d’un transformateur dérivé d’une artère |
| 240.21(C)(6) | 25 pi | 1/3 × dispositif de protection primaire × rapport de tension | Disjoncteur unique ou jeu de fusibles limitant le courant de charge au courant admissible du conducteur permis par le 310.14 (tableau 310.16); protégés contre les dommages physiques |
Deux éléments sont ici déterminants. D’abord, les planchers des 240.21(C)(2) et 240.21(C)(6) varient avec le dispositif de protection primaire, et non avec la charge — une décision prise en amont fixe le cuivre minimal en aval. Ensuite, le NEC 240.4(B), la tolérance du calibre supérieur qui permet à un disjoncteur de 100 A de protéger des conducteurs de 95 A sur un circuit ordinaire, est ici pratiquement inapplicable, puisque chaque règle de dérivation exige indépendamment que le calibre du dispositif de raccordement soit égal ou inférieur au courant admissible du conducteur.
Un exemple chiffré : 150 kVA, 480 V vers 208Y/120 V, à 20 pieds
Prenons un transformateur de distribution triphasé de type sec alimentant un panneau de distribution de 208Y/120 V situé à 20 pi, protégé sur les deux enroulements. Les conducteurs sont en cuivre avec raccordements à 75 °C, permis au-delà de 100 A par le NEC 110.14(C)(1)(b).
- Courants d’enroulement. 150 000 ÷ (√3 × 208) = 150 000 ÷ 360.3 = 416 A au secondaire; 150 000 ÷ (√3 × 480) = 150 000 ÷ 831.4 = 180 A au primaire.
- Calibres des dispositifs, reportés. Le tableau 450.3(B) du NEC donne un dispositif primaire de 450 A (250 % × 180.4 = 451 A, arrondi à la baisse au calibre normalisé du NEC 240.6(A)) et un dispositif principal secondaire de 600 A (125 % × 416.4 = 520 A, arrondi à la hausse en vertu de la note 1). Les deux sont calculés pas à pas dans Dimensionner la protection contre les surintensités du transformateur; le présent article commence là où celui-là s’arrête.
- Rapport de tension. 480 ÷ 208 = 2.31.
- Le plancher du 240.21(C)(6) à 20 pi. (1 ÷ 3) × 450 × 2.31 = 150 × 2.31 = 346 A.
- Le test de raccordement. Le dispositif principal unique de 600 A ne doit pas dépasser le courant admissible du conducteur, et le 240.4(B) n’offre aucun allègement. Le minimum déterminant est donc 600 A, et non 346 A.
- Sélection du conducteur. D’après le tableau 310.16 du NEC, cuivre à 75 °C : 350 kcmil = 310 A, donc deux jeux en parallèle donnent 2 × 310 = 620 A ≥ 600 A. Deux jeux de 300 kcmil donneraient 2 × 285 = 570 A, ce qui est insuffisant.
I = kVA × 1000 ÷ (√3 × V)
Courant admissible minimal, règle des 25 pi = dispositif de protection primaire ÷ 3 × (V primaire ÷ V secondaire)
Courant admissible minimal, règle des 10 pi = dispositif de protection primaire ÷ 10 × (V primaire ÷ V secondaire)
À 8 pi, c’est le NEC 240.21(C)(2) qui s’appliquerait plutôt. Son plancher du dixième, soit 0.1 × 450 × 2.31 = 104 A, ne devient contraignant que là où les conducteurs quittent l’enveloppe dans laquelle la dérivation est effectuée; à l’intérieur de celle-ci, le 240.21(C)(2) exige la charge calculée et le calibre du dispositif alimenté. Dans tous les cas, c’est le raccordement à 600 A qui prévaut — les règles de longueur assouplissent le plancher, jamais la concordance entre le dispositif et le conducteur.
Où le plancher du tiers devient-il réellement contraignant?
Le plancher à 25 pi ne devient contraignant que lorsqu’un panneau modeste est alimenté par un grand transformateur. Supposons les deux enroulements protégés, avec un dispositif primaire réglé au calibre normalisé juste sous 250 % :
| Transformateur (480 V vers 208Y/120 V) | Courant primaire à pleine charge | Dispositif primaire à 250 % | Plancher à 10 pi, conducteurs quittant l’enveloppe | Plancher à 25 pi |
|---|---|---|---|---|
| 75 kVA | 90 A | 225 A | 52 A | 173 A |
| 150 kVA | 180 A | 450 A | 104 A | 346 A |
| 500 kVA | 601 A | 1200 A | 277 A | 923 A |
Cette unité de type sec de 500 kVA tire 500 000 ÷ (√3 × 208) = 1388 A, de sorte qu’un panneau de 800 A ne représente qu’une partie de sa charge. Placez ce panneau à 20 pi et le calcul bascule : le dispositif principal de 800 A permettrait des conducteurs de 800 A selon la règle des 10 pi, mais le (C)(6) exige 1200 ÷ 3 × 2.31 = 923 A. Trois jeux parallèles de 300 kcmil en cuivre donnent 3 × 285 = 855 A, ce qui est insuffisant; trois jeux de 350 kcmil donnent 3 × 310 = 930 A et suffisent. C’est 8.8 % de courant admissible supplémentaire, obtenue avec environ 17 % de cuivre en plus en section transversale, uniquement parce que le parcours a dépassé 10 pi. Comme le facteur primaire de 250 % constitue un plafond et non une cible, le choix d’un dispositif primaire plus petit abaisse directement le plancher.
Où le Canada diffère : la règle 26-256 du CCE
Le Code canadien de l’électricité (CSA C22.1) atteint le même résultat de sécurité par un mécanisme différent. La règle 26-256(1)(a) du CCE exige que les conducteurs primaires aient un courant admissible d’au moins 125 % du courant primaire nominal, et la 26-256(2)(a) exige que les conducteurs secondaires aient un courant admissible d’au moins 125 % du courant secondaire nominal. Il n’existe aucune réduction fondée sur la longueur, ni aucun plancher du tiers.
En fixant une seule machine — 150 kVA, secondaire 208Y/120 V, courant secondaire nominal de 416 A — et en appliquant les deux codes à deux tensions primaires, on isole la différence :
| Secondaire 150 kVA, 208Y/120 V (416 A) | Plancher du NEC 240.21(C)(6) à 25 pi | Plancher de la règle 26-256(2)(a) du CCE, toute longueur |
|---|---|---|
| Primaire 480 V — 180 A, dispositif de 450 A | 346 A | 520 A |
| Primaire 600 V — 144 A, dispositif de 350 A | 337 A | 520 A |
| Fondement | 1/3 × dispositif primaire × rapport de tension | 125 % × courant secondaire nominal |
| Dépendance à la longueur | Oui — 10 pi, 25 pi, ou illimitée à l’extérieur | Aucune |
La ligne à 600 V correspond à la tension de service courante dans les bâtiments canadiens : 150 000 ÷ (√3 × 600) = 144 A au primaire, un dispositif de 350 A à 250 %, un rapport de 600 ÷ 208 = 2.88, et 350 ÷ 3 × 2.88 = 337 A. Le minimum canadien pour le conducteur primaire est de 1.25 × 144.3 = 180 A; le minimum secondaire est de 1.25 × 416.4 = 520 A dans les deux cas.
La règle générale découle des deux pourcentages. Le plancher du NEC correspond au tiers d’un dispositif déjà plafonné à 250 % du courant primaire, et le courant primaire multiplié par le rapport de tension donne le courant secondaire — de sorte que le plancher à 25 pi ne peut jamais dépasser 0.333 × 2.50 = 83 % du courant secondaire nominal, et l’arrondissement du dispositif à un calibre normalisé l’abaisse encore davantage. Le CCE part de 125 % de ce même courant et n’en bouge pas : le plancher du NEC varie avec le dispositif primaire, celui du CCE ne varie avec rien. Du côté de la protection, la règle 26-254(1) du CCE limite le dispositif primaire à 125 % du courant primaire nominal, la 26-254(2) permet à l’artère primaire d’atteindre 300 % lorsqu’un dispositif secondaire est réglé à au plus 125 % du courant secondaire nominal, et la 26-254(3) permet le calibre normalisé immédiatement supérieur lorsque 125 % ne correspond à aucun calibre existant. Lorsque la protection contre les surintensités du transformateur est choisie en vertu des 26-250(1) ou (2) ou 26-254(3), la 26-256(4) renvoie les conducteurs aux règles 14-100 et 14-104 — et la 14-104(1) limite le calibre du dispositif au courant admissible des conducteurs qu’il protège, sous réserve de l’exception du calibre normalisé supérieur du tableau 13 prévue au 14-104(1)(a). La tolérance de dérivation à calibre réduit de la règle 14-100, alinéa (f), plafonne à 7.5 m la longueur combinée d’un conducteur primaire et d’un conducteur secondaire. Vérifiez la sous-règle applicable auprès de la CSA C22.1 et de l’autorité compétente (AHJ) ou de l’ESA locale.
Que faut-il spécifier?
- Courant secondaire à pleine charge, à la tension secondaire réelle — la base de chaque pourcentage ci-dessus, et ce que produit le calculateur
- Calibre du dispositif de protection primaire, car les planchers des 240.21(C)(2) et (C)(6) se calculent à partir de celui-ci, et non de la charge
- Longueur et parcours — inférieur ou supérieur à 10 pi, inférieur ou supérieur à 25 pi, à l’intérieur ou à l’extérieur, et selon que les conducteurs quittent ou non l’enveloppe de dérivation
- Dispositif de raccordement — disjoncteur unique ou jeu de fusibles, dont le calibre est égal ou inférieur au courant admissible du conducteur, sans recours au calibre supérieur du NEC 240.4(B)
- Calibre de température du raccordement — la colonne 75 °C du tableau 310.16 du NEC selon le 110.14(C)(1)(b) au-delà de 100 A, et le courant admissible après correction pour la température ambiante ou le remplissage du conduit
- Calibre du panneau ou du tableau de distribution et de son disjoncteur principal, pour satisfaire au NEC 408.36, ainsi que le courant de défaut disponible et le pouvoir de coupure (AIC) et la tenue au courant de court-circuit (SCCR) assortis, d’après courant de défaut disponible et tenues au courant de court-circuit
- Fondement réglementaire indiqué au plan — la sous-section du NEC 240.21(C) ou la sous-règle du 26-256 du CCE nommée explicitement, avec la protection physique précisée là où le (C)(2) ou le (C)(6) l’exige
Où Entogo s’intègre
Entogo fabrique des transformateurs de distribution triphasés de type sec et sur socle (pad-mounted), ainsi que les tableaux et panneaux de distribution basse tension qu’ils alimentent, dans sa propre usine de la région de Toronto, conçus et fabriqués selon les normes ANSI/IEEE C57, UL 1561 / UL 1562, UL 67 et UL 891; certifiables UL (cULus) / CSA sur demande. Comme le transformateur et l’ensemble où aboutissent ses conducteurs secondaires sont conçus ensemble, le calibre du dispositif principal secondaire, le courant admissible du jeu de barres et les dispositions de raccordement sont établis comme une seule spécification plutôt que réconciliés sur le chantier.
Calculez les courants d’enroulement et les calibres de dispositifs dans le calculateur de dimensionnement et de protection des transformateurs, puis appliquez le plancher du 240.21(C) ou le pourcentage de la 26-256 au parcours. Transformez le résultat en spécification à l’aide du configurateur de transformateur, parcourez la gamme de transformateurs et de postes, ou retrouvez la même coordination au sein d’une gamme intégrée sous postes et distribution électrique. Pour la décision de dimensionnement qui précède tout cela, voir comment dimensionner un transformateur.
Les conducteurs secondaires de transformateur récompensent une habitude plutôt qu’une formule : nommer la règle avant de choisir le fil. Établissez d’abord si le dispositif primaire peut être crédité en vertu du 240.4(F), choisissez la sous-section correspondant à la longueur du parcours, calculez le plancher à partir du dispositif et du rapport de tension, puis vérifiez le dispositif de raccordement par rapport au courant admissible du conducteur. Au Canada, faites l’économie de la question de la longueur et partez de 125 %.
