Comment dimensionner un coffret électrique

Dimensions extérieures, intérieures et de la plaque de montage

Les coffrets sont vendus selon leurs dimensions extérieures, hauteur x largeur x profondeur. Trois chiffres plus petits sont importants pour l'aménagement :

• Dimensions intérieures : la taille extérieure moins l'épaisseur de la tôle et tout collet ou bride de porte.
• Plaque de montage : la plaque amovible sur laquelle les dispositifs sont boulonnés. Elle est plus petite que l'intérieur, car elle repose sur des goujons à l'écart des parois et de la bride de la porte.
• Profondeur utile : de la face de la plaque de montage à l'intérieur de la porte fermée.

Exemple pratique. Notre coffret mural en acier inoxydable 24 × 20 × 8 po 304 présente, selon son plan de référence : intérieur nominal de 606.6 × 505.0 × 200.2 mm ; plaque de montage de 545.6 × 444.0 mm (environ 21.5 × 17.5 po) ; profondeur utile de 184.9 mm (environ 7.3 po). Ainsi, un coffret de 24 × 20 po vous donne une surface d'agencement d'environ 21.5 × 17.5 po, et non 24 × 20. Chaque page produit indique la taille intérieure nominale, et le sélecteur de taille filtre par hauteur, largeur et profondeur intérieures minimales.

Les mêmes chiffres pour toute la gamme, tirés du plan CAO de chaque format, montrent la surface utile réelle disponible pour votre implantation. Le nombre de modules DIN utilise l'exemple d'implantation de chaque page produit (modules de 17.5 mm sur des rails horizontaux entre les goulottes de câblage), et la colonne thermique applique la méthode Step 5 (surface effective IEC/TR 60890, k = 3.7 W/m²K) à ce format sur un mur :

Dimensions nominales issues de la CAO de référence de chaque taille ; les dimensions finales sont confirmées lors de votre commande. Modules DIN : modules de 17.5 mm sur la mise en page d'exemple illustrée sur chaque page produit. Chaleur : dissipation thermique du coffret étanche sur un mur pour une élévation de 10 K (18 °F), k = 3.7 W/m²K.

Deux tendances méritent d'être notées. La plaque de montage est environ 40 à 65 mm (1.5 à 2.5 po) plus petite que l'extérieur dans chaque direction pour chaque dimension, de sorte que la proportion perdue est la plus importante sur les petits coffrets. De plus, la chaleur dissipée par un coffret étanche augmente avec sa surface ; ainsi, un coffret plus profond avec la même face avant augmente la capacité thermique et la profondeur sans augmenter la surface de la plaque de montage. Le tableau des dimensions des coffrets répertorie chaque dimension standard de la même manière, en pouces et en millimètres, pour les deux nuances et les boîtiers HMI.

Étape 1 : l'enveloppe des composants

Listez chaque appareil destiné à intégrer le coffret avec sa hauteur, sa largeur et sa profondeur d'après la fiche technique du fabricant : alimentations, disjoncteurs, borniers, relais, API ou E/S, commutateurs réseau, l'ordinateur. Dessinez-les ensuite sur la plaque de montage à leurs emplacements réels, avec les profilés DIN et les goulottes de câblage entre les rangées. Réaliser le dessin à l'échelle, ou en CAO sur le contour de la plaque, permet de repérer ce qu'un calcul de surface global omet : les appareils ne s'emboîtent que par rangées entières, et les goulottes occupent une part importante et surprenante de la plaque.

Respectez les dégagements spécifiés par les fabricants d'appareils. Les variateurs, les alimentations et les ordinateurs nécessitent souvent un espace libre au-dessus et en dessous pour le flux d'air, et ceux-ci varient selon le produit et la taille du châssis ; référez-vous donc à chaque manuel plutôt que d'utiliser une règle empirique.

Étape 2 : espace de réserve pour modifications

Les panneaux s'agrandissent. Les ingénieurs interrogés par Control Design décrivent 20 % d'espace de réserve comme une exigence courante, et 20 à 25 % comme typique, avec 25 % lorsque l'expansion est prévue ; AutomationDirect suggère environ 20 à 25 % de borniers ou d'espace de réserve installés, avec 10 % comme minimum. Le chemin de câbles est également généralement dimensionné avec une capacité de réserve, afin que le câblage ultérieur n'ait pas à être forcé. Si la configuration remplit le panneau jusqu'au bord dès le premier jour, passez à la taille supérieure. La zone vide du panneau n'est pas entièrement une réserve utilisable : mesurer l'espace de réserve utilisable dans un panneau de commande permet de distinguer l'espace d'expansion des dégagements requis, des ouvertures de ventilation, des passages de câbles et de l'accès pour la maintenance.

Étape 3 : espace de cintrage des fils et cheminement des câbles

Les conducteurs ont besoin d'espace pour s'infléchir du bornier vers l'entrée de câble sans être contraints contre la cosse. Pour les coffrets couverts par l'article 312 du NEC (armoires et boîtiers de découpe), le NEC 312.6 définit l'espace minimal de courbure des fils aux bornes dans deux tableaux : le tableau 312.6(A) lorsque le conducteur n'entre ou ne sort pas par la paroi opposée à sa borne, et le tableau 312.6(B) lorsqu'il le fait. L'espace dépend de la taille du conducteur et du nombre de fils par borne, les départs de forte puissance nécessitant donc beaucoup plus d'espace que le câblage de commande. Le NEC 312.8 limite également la quantité de conducteurs, de jonctions et de dérivations pouvant remplir un coffret pour interrupteurs ou dispositifs de protection contre les surintensités.

Planifiez également le trajet depuis les entrées de câbles jusqu'aux borniers. Les presse-étoupes et les hubs de conduits occupent de l'espace à l'intérieur de la paroi ; pour les emplacements de lavage à haute pression et en extérieur, nous recommandons d'amener les câbles par la face inférieure afin que l'eau s'écoule loin des entrées. Le guide découpes et presse-étoupes couvre les tailles d'entrée.

Étape 4 : profondeur et contenu de la porte

La profondeur est déterminée par l'appareil le plus profond sur la plaque de montage, plus son câblage et ses connecteurs, plus tout ce qui est monté sur la porte : boutons-poussoirs, voyants, sélecteurs, un afficheur ou un panel PC. Les appareils montés sur la porte pénètrent dans le coffret, et un coffret plus profond est le moyen simple d'éviter qu'ils ne heurtent les composants de la plaque de montage. Vérifiez la profondeur de l'appareil derrière la plaque de montage d'après sa fiche technique par rapport à la profondeur utile du coffret, et laissez de la place pour le rayon de courbure du câble derrière les connecteurs.

Pour le matériel IMD, nous avons effectué cette vérification pour vous : la configuration « IMD mini PC » ajoute une plaque adaptatrice VESA / rail DIN et deux presse-étoupes, et la configuration panel PC comporte une découpe dans la porte pour le panel PC IMD que vous choisissez. Chaque page produit répertorie les appareils IMD pour lesquels cette taille est configurée.

Étape 5 : chaleur qu'un coffret scellé peut dissiper

Un coffret NEMA 4X-type est étanche, la chaleur des dispositifs internes doit donc s'évacuer par les parois du coffret. La relation de base utilisée dans les guides thermiques de coffrets est :

Chaleur dissipée (W) = k x A x élévation de température
A = surface effective en m², élévation de température = air intérieur moins air extérieur en kelvin (°C), k = coefficient de transfert thermique : environ 5.5 W/m²K pour la tôle d'acier peinte, environ 3.7 W/m²K (0.344 W/ft²K) pour l'acier inoxydable.

Seules les surfaces capables de dégager de la chaleur comptent, et pas toutes de la même manière. La surface utile IEC/TR 60890, qu'utilisent nos pages produits, tableaux de dimensions et notre calculateur thermique, exclut l'arrière d'un coffret mural et pondère les autres faces selon leur capacité à évacuer la chaleur : A = 1.4 x L x (H + P) + 1.8 x P x H, avec les dimensions extérieures en mètres. Les méthodes par aire de surface des catalogues de climatisation pour coffrets, telles que la norme DIN 57 660 partie 500, distinguent également les installations sur pied, murales et juxtaposées. Considérez le résultat comme une première vérification.

Exemple pratique, suite. Le coffret de 24 × 20 × 8 po (0.610 × 0.508 × 0.203 m) sur un mur a une surface effective de 1.4 × 0.508 x (0.610 + 0.203) + 1.8 × 0.203 × 0.610 = 0.801 m² (8.6 pi²). En acier inoxydable à k = 3.7 W/m²K :

• Une élévation de 10 °C (18 °F) au-dessus de la température ambiante permet environ 30 W de chaleur à l'intérieur (3.7 × 0.801 × 10 = 29.6 W).
• Une élévation de 20 °C (36 °F) permet environ 59 W.
• Le guide thermique d'un fabricant de coffrets recommande une marge de sécurité de 25 %, ce qui ramène ces 59 W à environ 47 W.

Comparez cela avec le contenu : pertes de l'alimentation électrique, variateurs, un ordinateur, un commutateur réseau. Le guide thermique d'un fabricant de coffrets note que pour chaque élévation de 18 °F (10 °C) au-dessus d'environ 72–75 °F, la fiabilité des composants électroniques est divisée par deux. Maintenez la température intérieure dans la limite de l'ambiance classée de chaque dispositif.

En extérieur, tenez compte du soleil. Le même guide indique une charge solaire de pointe d'environ 97 W/pi² (environ 1,040 W/m²) sur une grande partie des États-Unis, et ses tests ont montré qu'un bouclier solaire réduit l'élévation de température de 25 % (dessus uniquement) à 56 % (bouclier mural). Ombragez le coffret, ou utilisez un bouclier solaire, dès que possible.

Si la charge est trop élevée pour un coffret étanche : passez à une taille supérieure (plus de surface), déplacez les sources de chaleur à l'extérieur ou ajoutez un refroidissement en circuit fermé tel qu'un échangeur thermique ou un climatiseur de coffret classé pour le type de coffret. Les ventilateurs et filtres qui échangent l'air extérieur rompent l'étanchéité NEMA 4X à moins qu'ils ne possèdent le même indice de protection. Le calculateur de chaleur pour coffret effectue cette vérification pour votre propre charge, température ambiante et montage.

Étape 6 : débattement de la porte et espace de travail

Lorsque le coffret contient des équipements susceptibles d'être examinés, ajustés, entretenus ou réparés sous tension, le National Electrical Code exige un espace de travail devant celui-ci. Selon le NEC 110.26(A) (éditions 2020 et 2023) :

• Profondeur : au moins 3 pi (900 mm) pour 0–150 V par rapport à la terre dans la condition 1, davantage pour des tensions plus élevées et d'autres conditions (Tableau 110.26(A)(1)).
• Largeur : la largeur de l'équipement ou 30 po (762 mm), la valeur la plus grande étant retenue.
• Hauteur : 6.5 pi (2.0 m) ou la hauteur de l'équipement, la valeur la plus grande étant retenue.
• Portes : "Dans tous les cas, l'espace de travail doit permettre une ouverture d'au moins 90 degrés des portes d'équipement ou des panneaux à charnière."

Vérifiez donc le débattement de la porte, pas seulement le coffret. L'exemple 24 × 20 × 8 in a un rayon de débattement de porte de 511.3 mm (environ 20.1 in) et des dimensions hors tout avec pieds, charnière et fermetures de 697.6 × 515.2 × 213.7 mm, le tout sur son plan de référence (PDF). Laissez de l'espace du côté de la charnière pour que la porte puisse s'ouvrir complètement et confirmez l'édition du code local auprès des autorités compétentes.

Montage du coffret

Suspendez un coffret de type classé par ses moyens de montage externes. NEMA précise que de nombreux coffrets de type classé nécessitent un montage à l'extérieur de la cavité électrique, à moins qu'un support ou un pied intermédiaire ne soit utilisé, plutôt que des vis passant par des trous percés à l'arrière de la cavité électrique. Nos coffrets muraux sont livrés avec quatre pieds de montage muraux externes, et la configuration des trous de montage mural figure sur chaque plan de référence. Tenez compte du poids du coffret et de tout son contenu lors du choix des ancrages muraux.

S'il devient un panneau de commande industriel

Un coffret contenant des contrôleurs de moteur, une protection contre les surintensités et des dispositifs de commande est un panneau de commande industriel selon les termes du NEC. L'article 409 du NEC couvre les panneaux de commande industriels et exige qu'ils soient marqués avec des informations incluant l'indice de courant de court-circuit ; le supplément UL 508A SB est une méthode reconnue pour déterminer cet indice. La question de savoir si le panneau doit également être homologué est décidée par l'autorité compétente ou par les spécifications du projet.

Vérifiez en CAO avant de commander

Chaque page produit NEMA4 Enclosure contient des fichiers CAO de référence téléchargeables : un modèle STEP, un plan DWG/DXF et un plan PDF avec les dimensions extérieures, intérieures, de la plaque de montage et des trous de montage. Superposez la disposition de votre panneau sur le contour de la plaque de montage, vérifiez la profondeur par rapport à la porte et vérifiez le débattement de la porte dans la pièce. Les dimensions sont nominales ; les dimensions finales sont confirmées lors de votre commande.

Nous fabriquons des formats muraux 65, de 6 × 4 × 4 in à 60 × 36 × 16 in, en 304 et 316L, ce qui permet généralement de passer au format supérieur en cas d'implantation exigue.

Foire aux questions

Sources

1. NFPA 70, National Electrical Code (accès gratuit en lecture seule) : 110.26, 110.28, Article 312, Article 409
2. EC&M, « exigences du NEC relatives aux dégagements de travail » (110.26 ouverture de porte)
3. IAEI Magazine, "Articles 312 et 314" (Tableaux 312.6(A) et (B))
4. Limites de remplissage 312.8 de l'EC&M et du NEC pour les coffrets de dispositifs de protection contre les surintensités
5. EC&M, article 409 du NEC, panneaux de contrôle industriels (marquage SCCR, supplément 508A SB de UL)
6. Rittal, Catalogue technique des systèmes de climatisation (relation de perte de chaleur, k = 5.5 W/m²K acier en tôle)
7. Hammond Manufacturing, sélection de chauffage (k pour l'acier peint et l'acier inoxydable)
8. nVent HOFFMAN, Spec-00488, gestion thermique (méthode de la surface, marge de 25 %, fiabilité, charge solaire, pare-soleil)
9. nVent HOFFMAN, Spec-01113, test de pare-soleil mural
10. Control Design, "Les experts se prononcent sur les meilleures pratiques pour les boîtiers de panneaux de commande" (espace de réserve, dispositifs de porte)
11. Control Design, "Comment planifier l'espace de réserve E/S"
12. NEMA, "FAQ NEMA : Coffrets" (Q16, montage externe)