Relais thermique de surcharge : comment le dimensionner et le régler correctement

Points clés

• Un relais thermique de surcharge protège les enroulements du moteur contre la surchauffe causée par un surcourant prolongé. Il ne protège pas contre les courts-circuits ; cela relève du disjoncteur ou des fusibles.
• Le réglage de base est le courant nominal en charge complète (FLC) du moteur indiqué sur la plaque signalétique, pas le courant de fonctionnement mesuré et pas « un peu plus pour qu'il cesse de déclencher ».
• La classe de déclenchement (10, 20, 30) détermine combien de temps le relais tolère le courant de démarrage. La classe 10 convient à la plupart des tâches standard ; les démarrages longs et lourds nécessitent la classe 20 ou 30.
• Un relais qui ne cesse de déclencher dit presque toujours la vérité : sur la charge, le déséquilibre de tension, ou un moteur défaillant. Monter le réglage fait taire les déclenchements mais se paie par des rebobinages.
• Chaque déclenchement est un point de données. Enregistrés avec les relevés de courant et l'état de la machine, les déclenchements deviennent l'un des premiers signaux d'usure peu coûteux dont dispose une usine.

Ce qu'il protège, et ce qu'il ne protège pas

Les enroulements s'endommagent à cause de la chaleur. Un surcourant prolongé, une charge bloquée, une perte de phase ou une sous-tension chronique font circuler plus de courant dans le stator que son isolation ne peut dissiper, et la durée de vie de l'isolation est réduite de moitié environ tous les 10 °C de surchauffe soutenue. Le relais thermique modélise cette montée en température : des éléments bimétalliques (ou leur modélisation électronique) intègrent le courant dans le temps et ouvrent le circuit de commande du contacteur lorsque la chaleur accumulée indique que le moteur est en danger.

Ce qu'il ne fait pas : couper les courts-circuits. La protection contre les courants de défaut vient du disjoncteur en amont ou des fusibles ; le relais de surcharge et l'appareil de court-circuit forment un couple coordonné, pas des alternatives.

Réglage du cadran : les règles

• Commencez par le courant nominal en charge (FLC) indiqué sur la plaque signalétique pour la tension d'alimentation réelle et le type de connexion réel (étoile ou triangle donnent des valeurs différentes ; dans un démarreur étoile-triangle le relais se place généralement dans le circuit de phase et est réglé sur le FLC divisé par 1,73, conformément au schéma du démarreur).
• Ne compensez pas la température ambiante en augmentant le réglage. Les relais modernes sont compensés en température ambiante ; les tableaux électriques chauds sont pris en compte par conception, pas par le cadran.
• Ne réglez jamais au-dessus de ce que la plaque signalétique du moteur et le code d'installation applicable autorisent. La marge que certains codes permettent au-dessus du FLC existe pour des cas de déclenchements intempestifs marginaux, pas comme valeur par défaut.
• Choisissez la classe de déclenchement avant de discuter du cadran. La classe 10 déclenche en 10 secondes à 7,2 fois le courant réglé, la classe 20 en 20 secondes, la classe 30 en 30 secondes. Un ventilateur à forte inertie ou un convoyeur chargé avec un démarrage de 15 secondes fera déclencher de façon intempestive un relais de classe 10 au réglage de courant correct ; la solution est la classe 20, pas un réglage de courant plus élevé.

Un exemple chiffré

Un moteur de convoyeur de 15 kW, 400 V, FLC indiqué sur la plaque : 29 A, démarrage direct, temps de démarrage mesuré 12 secondes à environ 6 fois le FLC :

• Réglage du cadran : 29 A. Pas les 31 A mesurés un jour chaud, et pas 33 A « pour la marge ».
• Classe de déclenchement : le démarrage de 12 secondes à 6 × FLC se situe trop près de la courbe de classe 10, donc spécifier classe 20.
• Compte rendu de mise en service : cadran 29 A, classe 20, courant de fonctionnement mesuré 26,5 A sur chaque phase, déséquilibre de phase inférieur à 2 %.
• Six mois plus tard le relais déclenche deux fois dans la semaine. Courant mesuré : 28,9 A en fonctionnement, contre 26,5. Le relais est en bon état ; le palier du convoyeur qui frotte ne l'est pas. Le déclenchement a été le capteur de vibration le moins cher de la machine.

Interpréter les déclenchements comme des données d'état

Une augmentation du courant de fonctionnement à charge constante signifie une hausse du frottement mécanique ou un problème électrique : rouleaux grippés, frein qui traîne, palier défaillant, sous-tension ou déséquilibre de phases. C'est pourquoi les événements de déclenchement doivent figurer dans l'historique de la machine avec les courants mesurés associés, et non dans la mémoire d'un opérateur. Des déclenchements corrélés avec des relevés de courant et des bons de travail récents transforment « le relais est trop sensible » en « le courant a augmenté de 9 % depuis mars », ce qui constitue un argument de maintenance daté, visible dans la tendance MTBF de la machine des mois avant la panne.

Les vérifications électriques vont de pair : lorsqu'un déclenchement vous conduit au démarreur, cette même visite est l'occasion de réaliser rapidement un essai d'isolement si le moteur est suspect, et d'examiner si la mission a dépassé le cadre d'un démarrage direct ; notre comparaison des démarreurs progressifs et des variateurs de fréquence (VFD) explique quand un démarrage plus doux résout à la fois les déclenchements et le stress mécanique. Des déclenchements récurrents sur un même actif doivent ouvrir un bon de travail à chaque fois, ce qui est exactement la discipline qu'un plan de maintenance préventive dans une GMAO (CMMS) impose automatiquement. Pour voir comment Fabrico relie événements de déclenchement, relevés et bons de travail à un même actif, réservez une courte démonstration.

Erreurs courantes

• Régler sur le courant mesuré au lieu de la plaque signalétique. Un moteur faiblement chargé mesuré à 22 A reçoit un réglage à 22 A, puis déclenche sans cesse une fois que le procédé fonctionne à la charge de conception.
• Monter le réglage pour arrêter les déclenchements intempestifs. Si le réglage du courant correspond à la plaque signalétique et qu'il déclenche toujours, la cause est la mission de démarrage (mauvaise classe), l'alimentation (déséquilibre, sous-tension) ou la machine (frottement). Le cadran est l'endroit où la solution ne se trouve pas.
• Mauvais réglage dans les démarreurs étoile-triangle. Réglé sur le courant de ligne au lieu du courant de phase, le relais est en pratique aveugle par un facteur 1,73.
• Remises en marche sans fin. Deux remises sans prise de mesure, c'est opérer par espoir. Après le deuxième déclenchement, quelqu'un pince un ampèremètre et note la valeur.
• Ignorer la défaillance d'une phase. La perte d'une phase pousse les phases restantes bien au-dessus du courant nominal. Les dispositifs différentiels la détectent, mais seulement si le relais est dimensionné et câblé conformément au schéma.

Questions fréquentes

À quel courant doit-on régler un relais thermique de surcharge ?

Au courant nominal en charge du moteur indiqué sur la plaque signalétique pour la tension et le type de connexion réels. Dans les démarreurs étoile-triangle, le relais mesure généralement le courant de phase et est réglé sur le FLC divisé par 1,73, conformément au schéma du démarreur.

Qu'est-ce que la classe de déclenchement 10, 20 et 30 ?

Le temps maximal que le relais autorise à 7,2 fois le courant réglé : environ 10, 20 ou 30 secondes. Elle sert à supporter le courant de démarrage. Les utilisations standard utilisent la classe 10 ; les démarrages longs et lourds nécessitent la classe 20 ou 30.

Pourquoi le relais thermique de surcharge continue-t-il à déclencher ?

Par ordre approximatif de probabilité : surcharge réelle ou frottement mécanique, déséquilibre de phases ou sous-tension, mauvaise classe de déclenchement pour le démarrage, mauvais réglage pour la connexion, et seulement rarement un relais défectueux. Mesurez le courant de fonctionnement par phase avant de toucher quoi que ce soit.

Un relais thermique de surcharge protège-t-il contre les courts-circuits ?

Non. La protection contre les courts-circuits est assurée par des fusibles ou le disjoncteur en amont. Le relais de surcharge gère le surcourant prolongé ; le couple protège le circuit et le moteur.

Les relais de surcharge électroniques sont-ils meilleurs que les relais bimétalliques ?

Ils offrent des tolérances plus serrées, ajoutent des fonctions comme la détection de perte de phase, des classes de déclenchement réglables et des sorties de consignation des déclenchements, et dérivent moins avec le temps. Les relais bimétalliques restent parfaitement utilisables pour des tâches standard lorsqu'ils sont correctement réglés.