Comment concevoir des salles électriques

Comment concevoir des salles électriques

23 avril 2022 0 Par Bruno

Les ingénieurs électriciens doivent se coordonner avec les ingénieurs en mécanique, les architectes, les ingénieurs en structure et les autres personnes impliquées dans la conception des salles électriques.

Objectifs d’apprentissage:

Expliquez les exigences du code applicable, y compris la NFPA 70: Code national de l’électricité.
Évaluer les critères de conception pour la taille appropriée de la salle électrique afin de répondre aux besoins actuels et futurs.
Analysez les exigences de coordination avec les exigences structurelles, architecturales, de protection incendie et de CVC.
Les salles électriques et les espaces mécaniques, électriques et de plomberie (MEP) sont souvent une réflexion après coup lorsqu’il s’agit de la conception et de la planification des bâtiments, soit relégués à des endroits qui sont laissés ou jugés indésirables à d’autres fins de planification.

Cette myopie peut avoir des conséquences fâcheuses sur le coût, les opérations et la flexibilité des systèmes pour l’avenir.

Code national de l’électricité dicte la quantité minimale d’espace nécessaire autour de l’équipement pour l’accès, les opérations, les raisons de sécurité et l’installation de conduits. Ensemble, avec les tailles d’équipement réelles, cela définit les exigences dimensionnelles minimales globales de la pièce.

Il existe trois types d’espaces électriques intérieurs généraux qui entrent en ligne de compte dans la conception des nouveaux bâtiments: les salles d’équipement principales, les voies de distribution et les salles d’équipement locales / succursales.

Les besoins en espace de travail requis par le code et en espace dédié doivent être satisfaits. Cet article décrira les considérations importantes pour ces espaces dans les premières étapes de la conception du bâtiment en ce qui concerne le type de bâtiment, l’occupation prévue, la taille et les attentes futures du bâtiment et des systèmes électriques.

Espaces de travail ou espaces dédiés

Définissons d’abord ce qui différencie l’espace de travail et l’espace dédié comme indiqué par le NEC (voir Figure 1). L’espace de travail aide à protéger une zone de travail dégagée autour de tous les équipements et assure la protection de tous les travailleurs ou occupants dans la pièce.

Cela inclut la définition des exigences minimales de largeur, de profondeur et de hauteur pour l’espace de travail, qui varient en fonction de la tension et de l’équipement spécifique. Plus la tension (voir plus) de l’équipement est élevée, plus la profondeur de l’espace de travail est grande.

La largeur doit être égale à la largeur de l’équipement et pas moins de 30 po, tout en permettant d’ouvrir toutes les portes ou les panneaux à charnières à une température totale de 90 degrés. La hauteur doit être de 6 pi 6 po du plancher, ou la hauteur de l’équipement si elle est supérieure à 6 pi 6 po.

Le style et le type de construction de l’équipement électrique déterminent si seul un accès avant est requis ou si un accès arrière et / ou latéral est également requis. Pour chaque point d’accès à un équipement, les autorisations minimales de travail doivent être fournies.

L’espace dédié est une zone au-dessus de l’équipement électrique. Il est réservé à l’accès futur à l’équipement électrique, à la protection de l’équipement électrique contre les systèmes étrangers et à l’installation de conduits / autres pistes prenant en charge les circuits entrants et sortants.

L’exigence d’espace dédié s’applique principalement aux appareillages de commutation, aux tableaux de distribution, aux panneaux et aux centres de commande de moteur.

L’espace doit être égal en largeur et en profondeur à la taille de l’équipement et s’étendre du sol à une hauteur de 6 pieds au-dessus de l’équipement (ou à un plafond structurel, selon le plus bas des deux). Aucun équipement ou système étranger à l’installation électrique n’est autorisé dans cette zone par le .

La zone située au-dessus de l’espace dédié peut contenir des systèmes étrangers, à condition qu’une protection appropriée empêche les dommages causés par les gouttes, les fuites ou les ruptures dans ces systèmes. Cependant, il est recommandé d’éviter d’avoir ces systèmes installés dans les salles électriques.

Bien que les installations d’équipement de plus de 1 000 V suivent généralement les mêmes principes, certaines des spécificités varient, nécessitant un dégagement supplémentaire autour de l’équipement en raison du risque accru que ces tensions imposent.

L’accès à cet équipement est de préférence limité aux seules personnes jugées qualifiées pour s’y trouver. Pour cette raison, l’équipement électrique doit être installé dans des pièces ou des espaces dédiés à cet effet et ayant un accès contrôlé.

Le premier type de pièce que nous explorerons dans cet article – une salle d’équipement principale – a des besoins distincts qui la séparent des espaces de distribution ou des salles d’équipement locales / succursales.

Principales salles d’équipement

La salle électrique principale, ou l’espace d’entrée de service, doit être coordonnée avec le service public d’électricité local.

Par exemple, les salles d’équipement principales ont des exigences qui dictent l’accès à l’espace de l’extérieur pour l’entretien, l’entretien et l’installation du chargeur de service.

Le type d’équipement installé déterminera également davantage les besoins en matière de salle. La salle d’entrée de service est généralement située sur un mur extérieur pour des raisons de code et pratiques; il facilite l’installation et minimise la longueur des conducteurs d’entrée de service.

Étant donné que les conducteurs de service sont généralement les plus grands de l’installation, cela peut avoir un impact substantiel sur les coûts.

L’utilisation d’un appareillage de commutation résistant à l’arc aura également un impact sur les besoins en espace. Cet équipement sera plus grand et pourra avoir une plus grande empreinte.

Les ingénieurs devront également tenir compte des gaz d’échappement potentiels et de l’énergie des arcs électriques en fournissant une voie pour les expulser et soulager l’accumulation de pression à l’intérieur de l’appareillage de commutation.

Si un transformateur extérieur est utilisé pour fournir le service à un bâtiment, les chargeurs du transformateur pénètrent dans le bâtiment et passent à l’entrée de service principale se déconnectent, généralement un appareillage de commutation, un tableau de distribution ou un panneau.

Ces mangeoires sont souvent acheminées sous terre dans le bâtiment à travers le mur de fondation extérieur via une ouverture coordonnée. Une coordination supplémentaire avec l’ingénieur en structure est nécessaire pour éviter les semelles.

L’élévation des conduits d’entrée de service ne s’aligne pas naturellement avec l’équipement vers lequel il est acheminé. Un espace supplémentaire sous la forme d’une hauteur ou d’une empreinte accrue est généralement nécessaire pour permettre la transition et la terminaison réussies de ces conduits et conducteurs.

Les installations de service qui nécessitent des équipements et/ou des transformateurs moyenne tension installés à l’intérieur nécessiteront des éléments supplémentaires, notamment plus d’espace, des résistances au feu plus élevées des pièces (conformément à l’article 450 du Code national de l’électricité) et une ventilation accrue.

L’emplacement de tout équipement extérieur doit également être coordonné avec d’autres éléments architecturaux et d’aménagement paysager.

Les distances minimales de séparation sont souvent dictées par les codes/ordonnances locaux ou les exigences des services publics en matière de proximité des murs d’écran, des clôtures, de la végétation, des chemins de sortie ou de la fenestration des bâtiments.

Les installations de générateurs offrent des défis supplémentaires lorsqu’il s’agit de définir les besoins en espace. Le bruit, l’odeur et les vibrations entrent dans l’emplacement de cet équipement dans un bâtiment. L’équipement doit être situé de manière à minimiser les perturbations pour les occupants du bâtiment et les propriétés adjacentes.

De nombreuses administrations ont des exigences précises en matière d’émissions sonores, ce qui aura une incidence sur l’emplacement de l’équipement et d’autres composants nécessaires pour répondre aux exigences. L’augmentation de la distance entre cet équipement et les zones sensibles est une façon de répondre aux préoccupations, mais cela s’accompagne de coûts d’alimentation supplémentaires et peut s’avérer plus coûteux que d’autres options.

L’atténuation acoustique et l’équipement requis pour répondre aux exigences spécifiques en matière d’émissions, tels que le catalyseur d’oxydation diesel, les filtres à particules, les réservoirs d’urée et les unités de réduction catalytique sélective, ont des implications financières importantes et nécessitent une grande quantité d’espace pour l’installation.

L’Agence de protection de l’environnement de France définit les normes de performance pour les moteurs à combustion stationnaires dans la sous-partie III de la partie 60 du 40 CFR.

La conformité de niveau 4 par rapport à niveau 2 est généralement dictée par le désir d’un propriétaire d’utiliser un générateur pour le rasage de pointe des services publics ou d’autres utilisations non urgentes.

Il est essentiel d’avoir une compréhension claire des implications actuelles et futures dans ces deux domaines dès le début d’un projet et d’en discuter en profondeur avec le propriétaire du bâtiment.

Le poids d’un générateur et les vibrations subies pendant son fonctionnement auront un impact sur la conception structurelle du bâtiment.

Les générateurs nécessitent beaucoup de ventilation pour les besoins de refroidissement et de combustion; faire entrer et sortir de l’air dans la pièce est essentiel et aura un impact sur le placement.

En ce qui concerne le stockage du carburant, la plupart des installations nécessitent un volume de carburant qui dicte un réservoir de carburant externe avec des conduites de carburant interconnectées.

La NFPA limite la capacité globale de carburant diesel à l’intérieur des bâtiments à 660 gal.

La relation entre le réservoir extérieur et le générateur est également importante pour minimiser les exigences de pompage et permettre la tuyauterie de retour de carburant par gravité.

Cela nécessite que le réservoir de carburant soit plus bas en altitude que le générateur.

L’accès direct à l’extérieur est préférable pour la maintenance et les tests. Tout cela nécessite une coordination étroite avec les disciplines architecturales, structurelles et mécaniques.

NFPA 110: La norme pour les systèmes d’alimentation d’urgence et de secours exige que l’alimentation de secours (génératrices) pour les installations de niveau 1 soit installée dans une pièce séparée, séparée du reste du bâtiment par une construction résistante au feu de 2 heures.

Bien que la norme NFPA 110 permette d’installer l’équipement du système d’alimentation de secours (EPSS; l’équipement se compose de tous les composants, de l’alimentation de secours, ou EPS, aux bornes de charge des commutateurs de transfert) dans la même pièce que l’EPS, il est recommandé de les garder séparés pour aider à améliorer la résilience du système.

Les salles en EPS sont également sujettes à la poussière, à l’humidité, aux fluctuations de température et au bruit excessif pendant le fonctionnement, ce qui limite la capacité d’avoir une conversation et peut avoir un impact négatif sur d’autres équipements s’ils sont colocalisés.

Pour les installations critiques (par exemple, les institutions financières, les centres de données et les aéroports) et d’autres installations très sensibles, l’utilisation d’un système de protection contre l’incendie de type sec, de pré action ou d’un autre type de système de protection contre l’incendie qui ne repose pas sur une installation de tuyauterie normalement humide est fortement recommandée.

Dans les climats froids, cela présente l’avantage supplémentaire d’empêcher les tuyaux de geler, de se rompre et d’inonder potentiellement la salle EPS.

Voies de distribution

Des voies de distribution sont nécessaires pour interconnecter tous les équipements électriques et les appareils de l’utilisateur final, et les voies affecteront l’emplacement des pièces.

Les conduits peuvent être acheminés au-dessus de l’équipement, sous terre ou dans l’espace du plafond de l’étage inférieur, bien que les conduits aériens aient besoin d’espace dans les pièces pour quitter l’équipement et passer à l’itinéraire souhaité vers d’autres parties du bâtiment.

L’acheminement des mangeoires et la façon dont elles entrent et sortent de l’équipement de distribution doivent être évaluées lors de la conception et reconfirmées lors de l’examen du dessin de l’atelier, car cela aura une incidence sur la façon dont l’équipement est construit et sur sa taille physique.

Le tracé des conduits sous le niveau du sol doit être coordonné avec d’autres services publics et des éléments de semelle/fondation.

Les restrictions que ceux-ci imposent sur l’itinéraire peuvent avoir une incidence sur la disposition de l’équipement dans la pièce et la taille de l’espace nécessaire.

De même, les poutres au-dessus ou au-dessous de l’équipement peuvent nécessiter un décalage du conduit ou un déplacement de l’équipement pour permettre à l’installation du conduit de se produire efficacement.

Les voies horizontales peuvent définir l’emplacement des salles électriques, car d’autres éléments du bâtiment peuvent entraver ces voies et affecter l’installation.

Les poutres structurelles et les grands conduits peuvent devenir des obstacles, en particulier en tandem avec de hauts plafonds.

Les espaces de grand volume comme les gymnases et les atriums nécessitent des soins supplémentaires quant à la façon dont le conduit sera acheminé à travers ou autour de ces zones, en particulier lorsque le chemin d’entrée / sortie serait plus bas en altitude que le plafond.

Les contremarches verticales sont généralement logées de deux façons: à travers des puits (des boîtes de traction peuvent être nécessaires en fonction de la hauteur du bâtiment et de la disposition des conduits) ou des placards électriques empilés.

Les placards empilés permettent à la voie d’autobus ou aux conduits qui distribuent l’énergie dans tout le bâtiment de traverser ces espaces pour une installation plus efficace et moins coûteuse.

Si ces placards sont construits avec des cloisons de 2 heures, les pièces empilées peuvent fournir la protection de circuit requise par le code pour les chargeurs EPSS et les circuits d’alarme incendie sans avoir à compter sur des méthodes de câblage plus coûteuses.

Salles d’équipement locales/de succursale

Un troisième type d’espace, la salle d’équipement locale/succursale, est souvent appelé placard électrique.

Les panneaux de distribution, les panneaux de circuits de dérivation et les transformateurs basse tension sont généralement situés dans ces espaces et servent directement les charges de l’utilisateur final: éclairage, prises et petits équipements.

Les panneaux et les dispositifs du système de contrôle de l’éclairage (et d’autres appareils du système électrique) sont parfois également situés dans ces pièces.

Compte tenu de la quantité de changements qui se produisent dans les bâtiments au cours de leur durée de vie, un espace mural supplémentaire devrait toujours être prévu dans ces pièces pour l’équipement futur.

Dans les bâtiments à plusieurs étages, ces espaces doivent être empilés. L’emplacement des placards électriques dans l’empreinte d’un bâtiment est souvent un élément de débat et de discussion avec le reste de l’équipe de conception.

Le CEN a établi des restrictions sur la tuyauterie et les conduits acheminés dans ces pièces (c.-à-d. les espaces réservés).

Le conduit doit être acheminé de la pièce vers l’étage ou la zone desservie; la minimisation des longueurs de circuit de dérivation permet d’éviter une chute de tension excessive et de réduire les coûts de distribution.

Ces salles doivent être situées aussi près du centre de la zone desservie, avec des conduits acheminés dans toutes les directions.

Évitez les contiguïtés spécifiques à d’autres éléments de construction. Souvent, les placards sont ciblés pour être situés à côté des arbres mécaniques, mais la nécessité d’en extraire les conduits et / ou la tuyauterie devient difficile et entre en conflit avec l’espace dédié de l’équipement électrique.

De même, les emplacements à côté des escaliers ou des cages d’ascenseur présentent d’autres défis et limitent le routage des conduits hors des salles électriques.

La localisation des salles électriques à côté de celles-ci, en particulier si elles sont placées entre elles, doit être soigneusement évaluée pour s’assurer qu’il y a suffisamment d’espace et de flexibilité pour les conduits.

Besoins d’espace supplémentaires

En dehors des besoins en espace de travail et en espace dédié, il existe de nombreuses considérations spéciales pour les salles électriques qui dépendent des programmes de construction ainsi que des espaces extérieurs qui auront un impact direct sur la façon dont les systèmes électriques sont conçus.

Les besoins et les attentes associés à un immeuble de bureaux sont très différents de ceux d’un centre de données ou d’un hôpital en ce qui concerne les systèmes de distribution électrique.

La redondance et la résilience sont essentielles pour les installations de type critique. Les inondations dues à des catastrophes naturelles sont un élément clé pour déterminer l’emplacement de l’équipement (NFPA 99 : Health Care Facilities Code, chapitre 6, et NFPA 110, chapitre 7).

Historiquement, une grande partie de l’équipement principal était située dans des sous-sols ou (partiellement) sous les niveaux de sol, mais maintenant cet équipement est situé au-dessus des niveaux d’inondation prévus. Cela garantit la poursuite des opérations pendant et après un événement.

Les installations critiques pour la mission et la sécurité (p. ex., les hôpitaux) nécessitent une redondance accrue pour assurer la continuité des opérations commerciales et éviter des pertes de vie potentielles ou des blessures corporelles graves.

La redondance des systèmes nécessite plus d’espace, car l’équipement est séparé en différentes pièces dans différentes parties du bâtiment.

Le fait d’avoir des panneaux qui font partie d’un dispositif de distribution redondant (sources A et B) situés à proximité les uns des autres dans la même salle électrique minimise considérablement la valeur offerte par la redondance prévue.

L’équipement redondant doit être situé dans des espaces classés séparément, les sources et la distribution A étant situées en dehors des sources et de la distribution B.

Les exigences supplémentaires en matière d’autorisation comprennent la possibilité de déplacer l’équipement futur dans une pièce ou le remplacement éventuel de ce même équipement.

Bien que le code puisse n’exiger que 3 ou 4 pieds de dégagement devant une pièce d’équipement, la dimension physique de l’équipement pourrait être plus grande.

Pour cette raison, la seule façon de retirer et de réinstaller efficacement un remplacement est de laisser une zone plus grande que l’empreinte de l’équipement.

L’obtention de l’équipement de l’extérieur d’un bâtiment à son emplacement final n’est pas toujours une préoccupation lors de la construction initiale du bâtiment, mais ce sera certainement un problème lors de périodes ultérieures de modifications, d’ajouts ou de remplacement de l’équipement.

L’ensemble du sentier depuis l’extérieur du bâtiment, y compris les portes, peut devoir être agrandi en raison de la hauteur ou de la largeur de l’équipement. Si l’équipement est situé à un niveau de plancher inférieur ou supérieur au niveau du sol, des puits de zone, des planchers renforcés et un chemin ou des sections amovibles de l’ensemble mural extérieur peuvent être nécessaires.

On s’attend à ce que les bâtiments aient une durée de vie bien au-delà de l’installation initiale, mais la croissance future et l’installation de conduits sont rarement prises en compte.

Cela déduit automatiquement le changement, qui prendra probablement la forme d’équipements et de conduits supplémentaires.

La planification initiale et la conception du système doivent en tenir compte en incluant des disjoncteurs de rechange, des sections de distribution supplémentaires et des supports de rack de conduits surdimensionnés.

Soutenir l’ensemble du bâtiment

Des niveaux d’éclairage et d’éclairage appropriés sont importants pour la sécurité des occupants. Les besoins de ventilation et de refroidissement doivent être définis et supporter la charge thermique générée.

Et il est important de se rappeler la protection physique des équipements situés à l’extérieur et à l’air libre. Cela peut impliquer l’installation de bornes ou de barrières testées en cas de collision pour protéger l’équipement contre les dommages accidentels au véhicule, par exemple.

Le CEN exige également que l’accès à certains équipements ne soit limité aux personnes qualifiées que dans certains cas.

Selon le CEN, cela ne comprend que ceux qui possèdent les compétences et les connaissances liées à la construction et à l’exploitation de l’équipement électrique, de l’installation et qui ont reçu une formation en matière de sécurité pour reconnaître et éviter les dangers encourus.

Il n’y a pas de méthode unique pour concevoir des systèmes électriques, et deux bâtiments ne sont jamais identiques.

Les besoins en espace électrique diffèrent selon le projet et le bâtiment. Les ingénieurs électriciens  et les concepteurs doivent tenir compte de nombreux facteurs lorsqu’ils prennent les décisions qui mènent à la conception finale.

Lorsque vous recevez un devis électricien 78400, vous devez comparer un à un ces points notamment au niveau du matériel installé ou d’un tarif horaire de l’électricien

Plus important encore, cela comprend la communication et le travail main dans la main avec les ingénieurs en mécanique, les architectes, les ingénieurs en structure et d’autres personnes qui participent à la conception des bâtiments, et la coordination de l’installation électrique avec ces autres disciplines.