Calculs de charge

Calculs de charge — Guide CMEQ complet

Les calculs de charge déterminent si un service, une alimentation ou un circuit peut supporter les équipements prévus sans surcharge. Ils servent à dimensionner conducteurs, protections, panneaux et branchements selon le Code canadien de l’électricité, tout en tenant compte des charges continues, simultanées et futures.

Introduction

Les calculs de charge déterminent la capacité minimale du service d'alimentation, la section des conducteurs, le calibre des disjoncteurs et la dimension du tableau de distribution. Une charge mal évaluée produit un circuit sous-dimensionné (échauffement des conducteurs, risque d'incendie) ou surdimensionné (coût inutile des conducteurs et de l'appareillage). Ce chapitre applique la Section 8 du Code de construction du Québec, chapitre V — Électricité (CÉQ), qui fixe les méthodes normalisées de calcul pour les bâtiments résidentiels, commerciaux et industriels.

Le principe central est le suivant : on additionne toutes les charges raccordées en voltampères (VA), puis on applique des facteurs de demande qui tiennent compte du fait que tous les appareils ne fonctionnent pas simultanément à pleine puissance. Le résultat — la charge calculée — sert à choisir le calibre du service et la section des conducteurs d'alimentation.

Le CÉQ établit deux méthodes fondamentales : la méthode normalisée (calcul détaillé tenant compte de toutes les charges avec des facteurs de demande spécifiques) et la méthode facultative (calcul simplifié offert pour les habitations et certaines autres occupations). Les deux méthodes partent des mêmes données — la charge raccordée en VA pour chaque catégorie d'usage — mais appliquent des facteurs de demande différents.

Section 1 — Concepts fondamentaux

1.1 Définitions clés

Charge continue : charge qui fonctionne pendant 3 heures ou plus sans interruption (art. 8-104).

Charge non continue : charge qui fonctionne pendant moins de 3 heures.

Facteur de demande : coefficient (≤ 1,0) appliqué à la charge raccordée pour tenir compte de la non-simultanéité de fonctionnement des appareils. Il réduit la charge totale à une valeur réaliste : la cuisinière, la sécheuse et le chauffage ne tournent presque jamais tous ensemble à plein régime.

Facteur de puissance (FP) : rapport entre la puissance active (kW) et la puissance apparente (kVA).

FP = P (kW) / S (kVA)

Pour les installations résidentielles, on admet un FP de 0,9 à 1,0, de sorte que W ≈ VA dans les calculs courants.

Exemple : Un moteur absorbe 10 kW avec un FP de 0,8.

S = 10 / 0,8 = 12,5 kVA. Le conducteur et la protection doivent être dimensionnés pour 12,5 kVA, pas pour 10 kW.

Charge raccordée vs charge calculée : la charge raccordée est la somme arithmétique de toutes les charges ; la charge calculée est la charge raccordée multipliée par les facteurs de demande applicables. C'est la charge calculée qui dimensionne l'installation.

1.2 Formules de base

Puissance monophasée :

P (VA) = V × I

I (A) = P / V

Exemple : Un chauffe-eau de 4 500 W sous 240 V.

I = 4 500 / 240 = 18,75 A → protection de 20 A, conducteur n° 12 AWG.

Puissance triphasée :

P (VA) = V × √3 × I

I (A) = P / (V × √3)

avec √3 ≈ 1,732.

Exemple : Une charge commerciale de 24 975 VA sous 208 V triphasé.

I = 24 975 / (208 × 1,732) = 24 975 / 360,3 = 69,3 A → tableau de 100 A.

Charge de chauffage :

On compte 100 % de la charge de chauffage installée, sans facteur de demande, car le chauffage fonctionne à pleine capacité par temps froid.

Exemple : 10 plinthes de 1 500 W.

Charge = 10 × 1 500 = 15 000 W = 15 000 VA (aucune réduction).

Majoration d'une charge continue (125 %) :

Exemple : Un circuit alimentant une charge continue de 20 A.

I calcul = 20 × 1,25 = 25 A → conducteur n° 12 AWG (capacité 25 A à 90 °C) et protection de 25 A.

Conversion de surface (m² ↔ pi²) :

1 m² = 10,76 pi². La charge unitaire d'éclairage résidentiel est de 33 VA/m², ce qui équivaut à 3 VA/pi² (33 / 10,76 ≈ 3,07).

Exemple : Habitation de 2 150 pi².

Surface en m² = 2 150 / 10,76 = 199,8 m² ≈ 200 m².

Charge d'éclairage = 2 150 × 3 = 6 450 VA (ou 200 × 33 = 6 600 VA selon l'arrondi).

Section 2 — Calcul de charge résidentiel (art. 8-200)

2.1 Méthode étape par étape

L'article 8-200 prescrit une méthode normalisée pour le calcul de la charge totale d'une habitation unifamiliale.

Étape 1 : Éclairage général

Étape 2 : Prises d'usage général

Étape 3 : Appareils fixes

Étape 4 : Chauffage

Étape 5 : Climatisation (la plus élevée des deux charges)

2.2 Facteurs de demande

Éclairage + prises d'usage général (total = étape 1 + étape 2) :

Exemple :

Éclairage + prises = 6 600 + 4 500 = 11 100 VA

Cuisinière (tableau 11) :

Exemple 1 : Cuisinière de 10 000 W.

10 000 × 80 % = 8 000 VA

Exemple 2 : Cuisinière de 15 000 W.

15 000 × 55 % = 8 250 VA

Sécheuse :

Exemple : Sécheuse de 6 000 W (plaque signalétique supérieure à 5 000 W). On retient la valeur nominale de la plaque : 6 000 × 70 % = 4 200 VA.

2.3 Exemple complet — Habitation unifamiliale de 200 m²

> Note : Si le total dépasse 200 A, il faut soit réduire la charge (délestage, répartition), soit porter le service à 300 A.

2.4 Deuxième exemple — Habitation de 150 m² avec pompe de puits

Habitation de 150 m² avec : cuisinière électrique (8 kW), sécheuse (5 kW), chauffe-eau (4,5 kW), deux circuits de petits appareils, un circuit de buanderie, chauffage électrique (12 kW) et pompe de puits de 2 HP (240 V monophasé).

Éclairage : 150 × 33 = 4 950 VA. Facteur de demande : 2 000 × 100 % = 2 000 VA ; excédent 2 950 × 35 % = 1 033 VA. Demande éclairage = 3 033 VA.

Petits appareils et buanderie : 3 circuits × 1 500 VA = 4 500 VA à 100 % = 4 500 VA.

Appareils principaux : cuisinière 8 000 VA (tableau 11), sécheuse 5 000 VA, chauffe-eau 4 500 VA. Total = 17 500 VA.

Chauffage électrique : 12 000 W à 100 % = 12 000 VA.

Moteur (pompe de puits) : 2 HP sous 240 V. Courant à pleine charge (tableau 44) = 12,0 A.

12,0 A × 240 V = 2 880 VA. Plus gros moteur : 2 880 × 125 % = 3 600 VA.

Charge calculée totale : 3 033 + 4 500 + 17 500 + 12 000 + 3 600 = 40 633 VA.

Dimension du service : sous 240 V, 40 633 / 240 = 169,3 A → service minimal de 200 A.

Section 3 — Calcul commercial (art. 8-300)

Cette section situe Calcul commercial (art. 8-300) dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

3.1 Principales différences avec le résidentiel

3.2 Exemple — Petit bureau commercial de 100 m²

Détail du calcul triphasé : 208 × 1,732 = 360,3 V ; 24 975 / 360,3 = 69,3 A. On choisit un tableau normalisé de 100 A.

3.3 Charge d'ascenseur

Exemple : Moteur d'ascenseur de 30 A FLA.

I calcul = 30 × 1,25 = 37,5 A → conducteur et protection dimensionnés pour au moins 37,5 A.

3.4 Éclairage spécifique (rail, vitrine, enseigne)

Exemple : 6 m de rail : 6 × 150 = 900 VA.

Exemple : 4 m de vitrine : 4 × 650 = 2 600 VA.

Exemple : 2 circuits d'enseigne : 2 × 1 200 = 2 400 VA.

Section 4 — Calcul industriel

Cette section situe Calcul industriel dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

4.1 Moteurs

On prend la plus grosse charge + 125 % + le reste à 100 % (art. 8-302) :

Exemple :

Le facteur de 125 % sur le plus gros moteur tient compte du courant de démarrage (courant à rotor bloqué), nettement supérieur au courant nominal en marche normale. Les courants à pleine charge sont tirés du tableau 44 du CÉQ selon la tension et le type de moteur. Pour les moteurs à service intermittent (ponts roulants, palans), des facteurs de cycle de service différents peuvent s'appliquer.

4.2 Facteurs de diversité

Exemple : Atelier de réparation avec une charge raccordée de 100 kVA et un facteur de diversité de 0,55.

Charge calculée = 100 × 0,55 = 55 kVA.

Section 5 — Dimensionnement du service

Cette section situe Dimensionnement du service dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

5.1 Calibres de service normalisés

5.2 Calcul de la section des conducteurs de service

I = Charge totale (VA) / Tension (V)

Pour une habitation : V = 240 V (monophasé 3 fils).

Pour le commercial/industriel : V = 208 V, 480 V ou 600 V (triphasé).

Exemple : Charge totale = 40 000 VA sous 240 V.

I = 40 000 / 240 = 167 A → Service de 200 A (puisque 167 A > 150 A, on prend le calibre normalisé immédiatement supérieur).

5.3 Chute de tension

Le CÉQ recommande de limiter la chute de tension à 3 % sur les circuits de dérivation et à 5 % au total, de l'entrée du service jusqu'à la prise la plus éloignée. Une chute excessive fait surchauffer les moteurs, fait baisser l'intensité lumineuse et peut perturber l'équipement électronique.

Chute de tension (V) = I × R

Chute en % = (I × R) / V × 100

Exemple : Circuit de 120 V, conducteur de cuivre n° 12 AWG (résistance ≈ 1,93 Ω/1000 pi), longueur aller-retour de 200 pi, courant de 15 A.

R totale = 1,93 × (200 / 1000) = 0,386 Ω

Chute = I × R = 15 × 0,386 = 5,79 V

Chute en % = 5,79 / 120 = 4,8 % → trop élevée pour un circuit de dérivation (limite 3 %) ; il faut passer au n° 10 AWG (≈ 1,21 Ω/1000 pi) :

R = 1,21 × 0,2 = 0,242 Ω ; chute = 15 × 0,242 = 3,63 V ; 3,63 / 120 = 3,0 % → acceptable.

5.4 Équilibrage des phases

Dans un système triphasé, les charges doivent être réparties aussi également que possible entre les trois phases. Un déséquilibre provoque un courant dans le neutre et un déséquilibre de tension qui réduit le rendement des transformateurs et des conducteurs. Le dimensionnement du conducteur neutre doit tenir compte du courant de déséquilibre et du contenu harmonique (les charges électroniques non linéaires augmentent le courant de neutre).

Exemple : Charges monophasées réparties sur un système triphasé : phase A = 40 A, phase B = 35 A, phase C = 30 A.

Déséquilibre maximal = 40 − 30 = 10 A entre la phase la plus chargée et la moins chargée. On réaffecte des circuits de la phase A vers la phase C pour rapprocher les trois valeurs.

Section 6 — Transformateurs et courts-circuits

Cette section situe Transformateurs et courts-circuits dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

6.1 Dimensionnement d'un transformateur

La puissance nominale d'un transformateur (kVA) doit être égale ou supérieure à la charge calculée. On prévoit habituellement une marge de 125 à 150 % de la charge calculée pour permettre la croissance future et éviter le fonctionnement à pleine capacité nominale.

Exemple : Charge calculée de 80 kVA.

Transformateur avec marge de 125 % : 80 × 1,25 = 100 kVA → on choisit un transformateur normalisé de 100 kVA.

L'impédance du transformateur détermine le courant de défaut disponible au secondaire, ce qui conditionne le pouvoir de coupure requis de l'appareillage en aval.

6.2 Calcul du courant de court-circuit

Le courant de défaut maximal est le plus élevé à l'entrée du service et diminue à mesure qu'on s'éloigne de la source, à cause de l'impédance des conducteurs. La méthode « point par point » permet un calcul simplifié du courant de défaut en différents points du réseau.

Courant de défaut symétrique (transformateur seul) :

I défaut = I nominale secondaire / (Z % / 100)

Exemple : Transformateur de 100 kVA, 600 V/347 V secondaire, impédance Z = 5 %.

I nominale secondaire = 100 000 / (347 × 1,732) = 100 000 / 601 = 166,4 A

I défaut = 166,4 / 0,05 = 3 328 A au secondaire (valeur maximale, sans l'impédance des conducteurs).

Ce courant de défaut sert à choisir un disjoncteur dont le pouvoir de coupure (kAIC) est suffisant.

6.3 Systèmes d'urgence (génératrices, onduleurs)

Le calcul de charge des systèmes de secours doit refléter les charges à alimenter lors d'une panne du réseau. Les charges de sécurité incendie (éclairage d'urgence, alarme incendie) sont prioritaires. Le dimensionnement d'une génératrice doit tenir compte du courant de démarrage des moteurs ; la capacité du commutateur de transfert doit correspondre à la génératrice et aux charges.

Exemple : Charges d'urgence : éclairage d'urgence 2 000 VA, alarme incendie 1 500 VA, pompe d'égout (moteur 10 A × 240 V = 2 400 VA, majoré à 125 % = 3 000 VA).

Charge d'urgence totale = 2 000 + 1 500 + 3 000 = 6 500 VA → génératrice minimale de 7 kVA.

Section 6b — Croissance future et documentation

Cette section situe Section 6b — Croissance future et documentation dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

6b.1 Prévision de la croissance de charge

Le service et les alimentations doivent pouvoir absorber une augmentation raisonnable des charges futures. On réserve de l'espace dans les tableaux pour les circuits futurs et on peut augmenter la section des conducteurs pour anticiper des charges additionnelles.

Exemple : Charge calculée actuelle de 150 A. On prévoit l'ajout d'une borne de recharge pour véhicule électrique (40 A) et d'un spa (50 A) dans les cinq ans.

Charge future estimée = 150 + 40 + 50 = 240 A → on installe dès maintenant un service de 300 A plutôt que 200 A, pour éviter un remplacement coûteux du service.

6b.2 Documentation du calcul de charge

La documentation du calcul est requise pour les demandes de permis et pour référence future. Elle doit identifier l'édition du Code utilisée, montrer tous les calculs et énoncer clairement les hypothèses sur les charges et les facteurs de demande. Les calculs « tel que construit » reflètent les charges réellement installées.

Un tableau de calcul type comporte les colonnes : description de la charge, puissance raccordée (VA), facteur de demande appliqué, charge calculée (VA), et courant résultant. Chaque ligne doit être traçable jusqu'à un article du Code ou une donnée de plaque signalétique.

6b.3 Exigences du code de l'énergie

Les codes de l'énergie influencent de plus en plus les calculs de charge : l'éclairage et l'équipement à haut rendement réduisent les charges raccordées. Le calcul de conformité au code de l'énergie peut différer du calcul de charge du code électrique. Par exemple, un éclairage DEL à 10 W/m² au lieu de 25 W/m² réduit la charge d'éclairage de 60 %, ce qui diminue la taille du service mais ne change pas les facteurs de demande du CÉQ.

Exemple : Bureau de 100 m². Éclairage conventionnel : 100 × 25 = 2 500 VA. Éclairage DEL : 100 × 10 = 1 000 VA. Économie = 1 500 VA sur la charge calculée.

Section 6c — Exemples supplémentaires détaillés

Cette section situe Section 6c — Exemples supplémentaires détaillés dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

6c.1 Condo de 80 m² sans chauffage électrique

6c.2 Maison de 250 m² avec deux fours et véhicule électrique

Note : la borne de recharge est une charge continue (plus de 3 h), d'où la majoration de 125 %.

6c.3 Atelier industriel avec trois moteurs

Trois moteurs triphasés sous 600 V : moteur principal 50 HP (65 A FLA), moteur 25 HP (34 A FLA), moteur 10 HP (14 A FLA). Facteur de diversité de l'atelier : 0,6.

Puissance apparente = 77,6 × 600 × 1,732 = 80 500 VA ≈ 80,5 kVA → transformateur de 100 kVA.

6c.4 Vérification par la méthode facultative (habitation)

La méthode facultative de l'art. 8-200 simplifie le calcul pour une habitation : on applique un facteur de demande global aux charges autres que chauffage et gros appareils.

Exemple : Habitation de 200 m², charge raccordée totale (hors chauffage) = 25 000 VA, chauffage = 15 000 VA.

Méthode facultative : premiers 10 000 VA à 100 % = 10 000 VA ; excédent 15 000 VA à 40 % = 6 000 VA.

Sous-total = 16 000 VA. Chauffage à 100 % = 15 000 VA.

Total = 31 000 VA. Courant = 31 000 / 240 = 129 A → service de 150 A ou 200 A.

Section 6d — Conducteur neutre et harmoniques

Cette section situe Section 6d — Conducteur neutre et harmoniques dans le travail réel de l’électricien : sécurité des personnes, continuité de service, conformité au Code canadien de l’électricité et diagnostic fiable sur le terrain. Les points qui suivent précisent les critères techniques à vérifier avant l’installation, la mise sous tension ou la remise au client.

6d.1 Dimensionnement du neutre

Dans un système monophasé 3 fils (240/120 V), le neutre ne transporte que le courant de déséquilibre entre les deux phases. On le dimensionne pour le courant de déséquilibre maximal, mais jamais en dessous du calibre requis par le Code pour la mise à la terre et la continuité.

Exemple : Phase A = 60 A, phase B = 45 A. Courant de neutre = 60 − 45 = 15 A. Le neutre peut être plus petit que les conducteurs de phase, mais il doit respecter les exigences minimales de section.

6d.2 Harmoniques et neutre surchargé

Les charges électroniques non linéaires (ordinateurs, éclairage DEL, variateurs) génèrent des harmoniques de rang 3 qui s'additionnent dans le neutre au lieu de s'annuler. Dans un système triphasé très chargé en équipements électroniques, le courant de neutre peut atteindre 1,5 à 2 fois le courant de phase. On prévoit alors un neutre de section double ou un neutre séparé par phase.

Exemple : Trois phases de 20 A chacune alimentant des charges électroniques. Au lieu d'un neutre à 0 A (charges équilibrées linéaires), le neutre peut porter jusqu'à 20 × 1,7 = 34 A à cause des harmoniques de rang 3. On choisit un neutre n° 8 AWG plutôt que n° 12 AWG.

6d.3 Exemple complet — Duplex résidentiel

Deux logements identiques de 100 m² chacun, chacun avec cuisinière 8 kW, sécheuse 5 kW, chauffe-eau 4,5 kW, chauffage 8 kW.

Par logement :

Pour deux logements, le facteur de demande sur l'alimentation commune peut réduire la charge (diversité entre logements). Sans facteur : 2 × 26 430 = 52 860 VA.

Courant = 52 860 / 240 = 220 A → service commun de 300 A, ou deux services individuels de 150 A.

Section 7 — Questions d'examen typiques

Q1 : Quelle est la charge d'éclairage minimale par m² en résidentiel ?

Réponse : b) 33 VA/m². Pour 200 m² : 200 × 33 = 6 600 VA.

Q2 : Quel facteur de demande s'applique à l'éclairage au-delà de 2 000 VA ?

Réponse : c) 35 % (résidentiel) — 70 % pour certains bâtiments commerciaux. Calcul : pour 11 100 VA, 2 000 × 100 % + 9 100 × 35 % = 2 000 + 3 185 = 5 185 VA.

Q3 : Quelle est la charge type d'une cuisinière électrique ?

Réponse : b) 8 000–12 000 W. Avec facteur de 80 % jusqu'à 12 000 W : 10 000 × 0,8 = 8 000 VA.

Q4 : Calculez le courant d'une charge de 40 000 VA sous 240 V.

Réponse : b) 167 A. I = 40 000 / 240 = 166,7 A ≈ 167 A.

Q5 : Qu'est-ce qu'un facteur de demande ?

Réponse : b). Exemple : sécheuse de 5 000 W × 70 % = 3 500 VA.

Q6 : Quelle protection pour un conducteur dont l'ampacité est de 40 A ?

Réponse : b) Disjoncteur de 40 A (calibre correspondant à l'ampacité du conducteur).

Q7 : Une charge continue de 20 A exige un conducteur de :

Réponse : b) 25 A. 20 × 1,25 = 25 A → n° 12 AWG (capacité 25 A à 90 °C).

Q8 : Quel est le service minimal pour une maison neuve au Québec ?

Réponse : b) 100 A (art. 8-200).

Q9 : Quel facteur s'applique au plus gros moteur d'un groupe dans le calcul d'une alimentation ?

Réponse : c) 125 % du courant à pleine charge. Moteur de 24 A : 24 × 1,25 = 30 A.

Q10 : Une habitation de 150 m² avec chauffage électrique (15 kW), cuisinière (8 kW), sécheuse (5 kW) et chauffe-eau (4,5 kW). Quelle est la charge calculée approximative ?

Réponse — calcul détaillé :

Q11 : Quelle est la charge unitaire d'éclairage pour un bureau commercial ?

Réponse : b) 22–30 VA/m² (33 VA/m² est la valeur résidentielle ; 10 VA/m² pour un entrepôt).

Q12 : Un transformateur de 75 kVA sous 600 V triphasé alimente une charge. Quel est le courant secondaire nominal ?

Réponse : a) 72 A. I = 75 000 / (600 × 1,732) = 75 000 / 1 039 = 72,2 A.

Tableau récapitulatif — Résidentiel

Références au Code