Chapitre 10 · Sujet 4 sur 5
Protéger un moteur
Protéger un départ moteur contre les surcharges, les courts-circuits, la perte de phase et l'échauffement, et coordonner les appareils.
Niveau 1
L'essentiel
- Un départ moteur doit être protégé contre les courts-circuits (coupure instantanée) et contre les surcharges (coupure retardée).
- La protection contre les surcharges se règle sur le courant nominal lu sur la plaque du moteur, pas sur le calibre du disjoncteur.
- On utilise soit un disjoncteur-moteur (protection magnétique et thermique réglable dans un seul appareil), soit un disjoncteur magnétique ou des fusibles aM associés à un contacteur et un relais thermique.
- Le relais thermique protège aussi contre la marche sur deux phases (perte d'une phase), qui détruit un moteur.
- Les moteurs importants ou sensibles peuvent avoir des sondes de température dans les enroulements.
- Un arrêt d'urgence doit couper le courant de pleine charge, y compris celui d'un moteur calé ; sa commande est de préférence rouge.
Comprendre
Les dangers pour un moteur
- Surcharge : la machine force trop (roulement grippé, pompe bouchée), le courant augmente un peu et l'enroulement chauffe lentement.
- Court-circuit : un défaut d'isolement entre phases ou vers la masse produit un courant énorme.
- Perte d'une phase : un fusible fond ou une connexion lâche ; le moteur continue de tourner sur deux phases, avec un courant plus élevé dans les deux phases restantes, et chauffe.
- Blocage au démarrage : le moteur reste à l'arrêt en absorbant son courant de démarrage.
Les appareils
Le disjoncteur-moteur possède un déclencheur magnétique fixe, calculé pour laisser passer le démarrage, et un déclencheur thermique réglable sur une plage (par exemple 17 à 23 A). On règle le thermique sur le courant de plaque.
La solution contacteur + relais thermique sépare les fonctions : le contacteur commande, le relais thermique détecte la surcharge et ouvre le circuit de commande du contacteur ; en amont, un disjoncteur magnétique ou des fusibles aM protègent contre les courts-circuits.
Le réglage
On règle le relais thermique au courant nominal du moteur indiqué sur la plaque, pour la tension du réseau. Un réglage trop haut ne protège plus le moteur ; un réglage trop bas provoque des déclenchements sans défaut. Voir aussi Régler les protections.
Sur le terrain
Une pompe de relevage dans un parking à Etterbeek déclenche régulièrement. Le technicien mesure le courant à la pince : 9,8 A sur deux phases et presque 0 A sur la troisième. Après consignation du départ, il ouvre la boîte à bornes du moteur : une borne est desserrée. Le relais thermique a bien fait son travail en déclenchant. Après resserrage et remise sous tension, il contrôle les trois courants (environ 7,5 A chacun pour une plaque à 7,8 A) et vérifie que le relais est réglé à 7,8 A, pas au maximum de sa plage.
Erreurs fréquentes
- Régler le relais thermique au maximum « pour que ça ne déclenche plus ».
- Régler le thermique sur le calibre du disjoncteur ou du contacteur au lieu du courant de plaque.
- Réarmer plusieurs fois de suite sans chercher la cause du déclenchement.
- Utiliser un fusible gG trop petit en amont d'un moteur : il fond au démarrage.
- Oublier de régler le relais au courant d'enroulement quand il est placé dans le triangle d'un démarreur étoile-triangle.
Niveau supérieur
L'essentiel
- La protection contre les surcharges du moteur protège aussi le câble si Ir ≤ Iz ; la protection contre les courts-circuits doit couper l'Icc max (pouvoir de coupure) et l'Icc min en bout de câble.
- La classe de déclenchement du relais thermique (10, 20, 30) se choisit selon la durée de démarrage.
- La coordination de type 1 ou de type 2 (norme IEC 60947-4-1) définit l'état du contacteur et du relais après un court-circuit.
- Dans un étoile-triangle, l'emplacement du relais thermique détermine son réglage : In ou In / √3.
Approfondir
Classe de déclenchement
La classe d'un relais thermique indique le temps maximal de déclenchement, en secondes, à 7,2 fois le courant de réglage, à partir de l'état froid. Un relais classe 10 convient aux démarrages normaux (quelques secondes). Pour un démarrage long (ventilateur de grande inertie, pompe chargée), il faut une classe 20 ou 30, sinon le relais déclenche pendant le démarrage. Le moteur et le câble doivent alors supporter ce démarrage prolongé.
Coordination
| Type | Après un court-circuit |
|---|---|
| Type 1 | aucun danger pour les personnes ; le contacteur et le relais peuvent être endommagés et doivent être réparés ou remplacés |
| Type 2 | aucun dommage ni déréglage ; une légère soudure des contacts du contacteur est admise si elle se sépare facilement |
Les fabricants publient des tableaux de coordination (disjoncteur, contacteur, relais) par puissance de moteur et par Icc. En tertiaire, la coordination de type 2 est recommandée pour les équipements dont l'arrêt prolongé pose problème (ventilation de désenfumage, pompes).
Protection contre les courts-circuits
Le seuil magnétique d'un disjoncteur-moteur est élevé pour laisser passer le pic de démarrage, y compris la crête asymétrique des premières alternances. Il faut néanmoins vérifier que l'Icc min en bout de câble moteur dépasse ce seuil (voir Le courant de court-circuit). Les fusibles aM tolèrent les pointes de démarrage et assurent la protection contre les courts-circuits ; ils ne protègent pas contre les surcharges et sont toujours associés à un relais thermique.
Protections complémentaires
- Sondes PTC dans les enroulements, raccordées à un relais : elles détectent un échauffement réel, quelle qu'en soit la cause (ventilation bouchée, marche à basse vitesse sur variateur, démarrages trop fréquents).
- Contrôleur de phases : perte de phase, ordre des phases (indispensable quand une inversion de rotation est dangereuse), sous-tension.
- Protection intégrée au variateur : le variateur assure en général la protection thermique du moteur s'il est paramétré avec les données de plaque (voir Les variateurs de fréquence).
Sectionnement, entretien mécanique et arrêt d'urgence (RGIE)
- Perte de phase : si la coupure d'un conducteur de ligne peut entraîner un danger, par exemple pour un moteur triphasé, des dispositions appropriées sont prises (RGIE, Livre 1, 4.4.4.1) : relais thermique sensible au déséquilibre ou contrôleur de phases.
- Sectionnement : un dispositif permet de mettre la machine hors tension pour y travailler ; il ne peut pas se refermer sous l'effet de chocs, n'est jamais à semi-conducteurs, et une personne BA4 ou BA5 empêche toute remise sous tension pendant le travail (cadenas, pancarte, local fermé à clé) (RGIE, Livre 1, 5.3.3.1 a).
- Coupure pour entretien mécanique : à commande manuelle, coupure visible ou position « ouvert » sûrement indiquée, protégée contre une refermeture par chocs ou vibrations (RGIE, Livre 1, 5.3.3.1 b).
- Arrêt d'urgence : reconnaissable, accessible, capable de couper le courant de pleine charge y compris celui des moteurs calés, commande de préférence rouge sur fond contrastant, verrouillable en position d'arrêt (sauf si l'arrêt et le démarrage sont sous la surveillance d'une même personne) ; un contacteur commandé à distance s'ouvre par coupure de l'alimentation de sa bobine (RGIE, Livre 1, 5.3.3.1 c).
- Dans un lieu à risque d'incendie BE2, un moteur commandé automatiquement ou à distance, ou non surveillé en permanence, est protégé contre les températures excessives par une protection de surcharge à réarmement manuel (ou dispositif analogue) ; en étoile-triangle sans commutation automatique, aussi en couplage étoile (RGIE, Livre 1, 4.3.3.6).
Réglage en étoile-triangle
Si le relais thermique est placé en amont du démarreur (sur la ligne), il voit le courant de ligne : réglage à In. S'il est placé dans les branches du triangle (sortie du contacteur de ligne vers U1, V1, W1), il voit le courant d'enroulement : réglage à In / √3 ≈ 0,58 × In. Cette seconde position protège aussi le moteur pendant la phase étoile.
Exemple chiffré
Moteur de ventilateur 11 kW, plaque 400/690 V, In = 20,8 A en triangle sur 3N 400 V, démarrage étoile-triangle d'environ 6 s.
- Relais thermique dans les branches du triangle : Ir = 20,8 / √3 ≈ 12,0 A. On choisit un relais de plage 9 à 13 A (exemple), classe 10 (démarrage de quelques secondes à courant réduit).
- Si le relais était placé sur la ligne en amont : Ir = 20,8 A, plage 17 à 23 A par exemple.
- Câble d'alimentation : Ib = 20,8 A ; il faut Iz ≥ Ir côté ligne (20,8 A) dans les conditions de pose, par exemple un câble cuivre 4 mm² si les tables le permettent pour le mode de pose réel.
- Les deux câbles moteur (six conducteurs vers U1-V1-W1 et W2-U2-V2) transportent chacun le courant d'enroulement, 12,0 A en régime : leur section se dimensionne sur ce courant.
- Coordination : on retient dans le tableau du fabricant la combinaison disjoncteur magnétique + contacteurs + relais en type 2 pour 11 kW et l'Icc présumé au tableau.
Erreurs fréquentes
- Choisir la classe 10 pour un ventilateur à forte inertie qui met 20 s à démarrer.
- Régler le relais à In alors qu'il est placé dans le triangle (le moteur n'est plus protégé, 1,73 fois trop haut).
- Supposer que le disjoncteur-moteur protège le câble sans vérifier Ir ≤ Iz et l'Icc min.
- Utiliser des fusibles aM sans relais thermique.
- Ignorer l'ordre des phases sur une machine où l'inversion de rotation est dangereuse.