Elements de protection (2) - Cours d'Electricité avec Maxicours

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Elements de protection (2)

1. Relais de protection thermique

Le relais de protection thermique est un dispositif qui protège le moteur et le câblage d'alimentation contre les surchauffes causées par des surintensités de courant.

Le relais de protection thermique est un dispositif de protection qui met un certain temps avant d'agir. Son déclenchement survient en un temps d'autant plus court que la surintensité est importante.

Symboles du relais de protection thermique :

La particularité de ce relais vient du fait que c'est un élément thermique qui actionne les contacts au lieu d'être une bobine.

Les deux principales parties du relais de protection thermique sont :

  • les éléments thermiques, qui se situent dans le circuit de puissance ;
  • les contacts qui font partie du circuit de commande du moteur.

La notation la plus communément utilisée pour représenter un relais de protection contre les surcharges thermiques est "F". Pour décrire le fonctionnement d'un relais thermique, simulons une surcharge à l'aide du moteur de la figure ci-après.

Supposons que le moteur de la pompe fonctionne depuis quelques heures à 105 % de son régime :

  • la surintensité n'est pas suffisamment importante pour être détectée par les fusibles ;
  • par contre, le moteur ne peut endurer ce régime très longtemps.

Moteur :

Le courant de charge chauffe les éléments thermiques F1 du circuit de puissance en circulant à travers eux.

Quand la température de l'un ou l'autre des éléments thermiques atteint le seuil de déclenchement, il déclenche le contact correspondant F1 du relais thermique dans le circuit de commande.

Lorsque ce dernier s'ouvre, le contacteur est désalimenté et commande l'arrêt du moteur. On dit que ce système de pompage vient d'arrêter suite à une surcharge thermique.

Attention: Le ré-enclenchement du relais thermique ne peut s'effectuer que lorsque les éléments thermiques ont suffisamment refroidi. Environ deux minutes sont requises.

2. Relais de protection thermique: éléments thermiques

Il existe principalement deux sortes d'éléments thermiques :

  • à alliage eutectique ;
  • à bande bimétallique.

L'alliage eutectique a comme caractéristique d'atteindre le point de fusion à une température toujours constante.

  • Lorsque la température des éléments thermiques augmente, le point de fusion est atteint et un mécanisme déclenche les contacts du relais.
  • Le ré-enclenchement s'effectue après quelques minutes lorsque l'alliage eutectique s'est solidifié.

la bande bimétallique repose sur la dilatation des métaux.

  • Accouplée mécaniquement à un interrupteur à rupture brusque, la bande bimétallique est chauffée par le courant du moteur.
  • Un courant soutenu a une valeur plus élevée que celui de l'élément thermique produira un couple suffisant pour ouvrir le contact de l'interrupteur à rupture brusque.

Sous l'effet de la chaleur, les métaux ne se dilatent pas également. Si deux lames droites de métaux sont soudées dos à dos et qu'on expose la tige obtenue à une source de chaleur, le métal à plus faible dilatation "retient" l'allongement de l'autre lame et la tige se courbe.
La tige bimétallique redevient droite lorsque la source de chaleur est retirée. Le principe des bandes bimétalliques est d'utilité courante dans les thermostats.

Éléments thermiques :

Le relais de protection thermique possède généralement peu de contacts. Normalement, un seul contact suffit pour commander l'arrêt d'un circuit de commande de moteur. C'est donc le contact standard de la majorité d'entre eux.

Par contre, tout comme avec le contacteur, il existe des contacts auxiliaires O ou F qui peuvent être ajoutés au relais de thermique.

Un contact auxiliaire peut servir, par exemple, à informer un automate programmable de l'état de surcharge du moteur.

Relais thermique :

3. Relais thermique : compensation en température

Le relais thermique est un dispositif qui s'installe généralement sur le contacteur. Il est spécialement conçu pour pouvoir s'y attacher facilement et rapidement. L'ensemble contacteur et relais thermique porte alors le nom de "discontacteur".

Comme le discontacteur est en général situé dans une armoire de commande, elle même située à proximité ou à distance du moteur, et dans des conditions de température ambiante qui peuvent varier, le relais thermique est équipé d'un système de compensation en température.

La variation de la température ambiante ne doit pas faire varier le seuil de déclenchement. Seuls quelques relais thermiques n'ont pas cette caractéristique comme standard, mais ils ont la possibilité de l'avoir en option.

a. Ré-enclenchement

Le ré-enclenchement de ce dispositif de protection thermique ne doit pas être instantané. En plus de permettre aux éléments thermiques de refroidir, la température du moteur doit aussi diminuer.

Sur la plupart des relais thermiques, on peut régler le ré-enclenchement automatique ou manuel à l'aide d'un sélecteur. Un délai d'attente est associé au ré-enclenchement automatique tandis qu'un bouton doit être actionné pour le ré-enclenchement manuel.

b. Seuil de déclenchement

L'intensité de réglage du relais thermique est égale au courant nominal de pleine charge du moteur.

L'intensité minimale de déclenchement est égale à 1,15 fois l'intensité de réglage. On définit trois classes de relais thermiques selon la pointe d'intensité et la durée du démarrage du moteur auxquelles on les associe :

classe 10 : déclenchement normal (démarrage de 2 à 20 s.) ;

classe 20 : déclenchement faiblement temporisé (de 6 à 20 s.) ;

classe 30 : déclenchement fortement temporisé (jusqu'à 30 s.).

La figure ci-dessous montre les courbes de déclenchement de relais thermiques, classes 10 et 20. Ces courbes montrent le temps de fonctionnement moyen du relais thermique en fonction du nombre de fois l'intensité de réglage.

La courbe de fonctionnement normal (équilibré, à chaud) est la 3. On voit par exemple qu'en classe 10, un courant égal à 4 fois l'intensité de réglage, le déclenchement se produit au bout de 8 s.

Courbes de déclenchement de relais thermiques :

Les éléments thermiques possèdent un seuil de déclenchement réglable dans une gamme de courant à pleine charge. La figure suivante montre les zones de réglage des relais thermiques avec leurs fusibles associés.

Relais thermiques et fusibles :

4. Résumé sur les éléments de protection

Suite à cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants :

- Les dispositifs de protection sont conçus pour limiter les surintensités afin d'assurer notre sécurité ;

- Il existe trois principaux dispositifs de protection électrique : les fusibles, les disjoncteurs et les relais de protection thermique ;

Le fusible interrompt une surintensité en très peu de temps, il protège la ligne contre les courts-circuits ;

Le ré-enclenchement manuel du disjoncteur suite à une surintensité est son principal avantage ;

Le disjoncteur est surtout utilisé avec des circuits à charges non-motrices ;

Le relais thermique est un dispositif de protection contre les surcharges longues ;

- Le relais thermique comprend deux parties : les éléments thermiques et les contacts.

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