Relais de contrôle de phases : principe de fonctionnement, types, marquage + comment régler et connecter

Le résultat d'une situation technique où les enroulements du stator du moteur consomment plus de courant que les valeurs paramétriques définies est une chaleur excessive. Ce facteur entraîne une diminution de la qualité de l'isolation du moteur. L'équipement tombe en panne.

Le temps de réaction des relais thermiques de surcharge est généralement insuffisant pour assurer une protection efficace contre la chaleur excessive générée par un courant élevé. Dans de tels cas, seul un relais de contrôle de phases apparaît comme un dispositif de protection efficace.

Informations générales sur l'appareil

La fonctionnalité des appareils électriques de ce type est considérablement plus large que la seule protection contre la surchauffe et les courts-circuits.

En pratique, les propriétés efficaces des relais de sélection des phases surchargées sont notées, ce qui assure finalement une protection complète.

L'une des nombreuses variantes de solutions de conception dans la fabrication de relais de phases. Cependant, malgré la diversité des boîtiers et des configurations de circuits, la fonctionnalité des appareils est unifiée.

Grâce aux dispositifs de suivi de l'état des phases, les avantages suivants sont obtenus :

• augmentation de la durée de vie du moteur ;
• réduction des réparations coûteuses ou du remplacement du moteur ;
• diminution des temps d'arrêt dus aux défauts du moteur ;
• réduction des risques d'électrocution.

De plus, le dispositif assure une protection fiable contre les incendies et les courts-circuits des enroulements du moteur.

Exécution typique des relais de protection

Il existe deux principaux types d'appareils de protection destinés à être utilisés dans les systèmes triphasés : les relais de mesure de courant et de mesure de tension.

Avantages de l'utilisation des appareils

L'avantage des relais de protection de courant par rapport aux relais de contrôle de tension est évident. Ce type d'appareils fonctionne indépendamment de l'influence de la FEM (force électromotrice), qui accompagne invariablement le défaut de phase lors des surcharges du moteur.

De plus, les appareils fonctionnant sur le principe de la mesure du courant sont capables de détecter un comportement anormal du moteur. Le contrôle est possible soit du côté de la ligne dans le circuit de dérivation, soit du côté de la charge où le relais est installé.

Voici à quoi ressemble l'un des modèles de relais de contrôle de tension. De tels dispositifs peuvent être utilisés non seulement pour des besoins industriels, mais également pour des foyers privés.

Les appareils qui contrôlent le processus par mesure de tension se limitent à détecter des conditions anormales uniquement du côté de la ligne où l'appareil est connecté.

Néanmoins, les dispositifs sensibles aux variations de tension présentent également un avantage important. Celui-ci réside dans la capacité des appareils de ce type à détecter un état anormal indépendamment de l'état du moteur.

Par exemple, un type de relais sensible aux variations de courant ne détecte un état anormal des phases que pendant le fonctionnement du moteur. En revanche, un dispositif de mesure de tension assure la protection juste avant le démarrage du moteur.

Parmi les avantages des appareils de mesure de tension, on note également une installation simple et un prix plus bas.

Ce type d'appareils de protection :

• ne nécessite pas de transformateurs de courant supplémentaires ;
• s'utilise indépendamment de la charge du système.

Et pour son fonctionnement, il suffit de connecter la tension.

Détection de défaut de phase

Un défaut de phase est tout à fait possible en raison de la défaillance d'un fusible dans une partie du système de distribution d'énergie électrique. Une défaillance mécanique de l'appareillage de commutation ou la rupture d'une ligne de transport d'électricité provoquent également un défaut de phase.

Protection du moteur électrique organisée via un relais de contrôle. Cette méthode permet d'exploiter les moteurs de manière plus efficace, sans craindre leur panne rapide.

Un moteur triphasé fonctionnant sur une seule phase tire le courant nécessaire des deux lignes restantes. Tenter de le démarrer en mode monophasé entraînera un blocage du rotor et le moteur ne démarrera pas.

Le temps de réaction par unité de surcharge thermique peut être trop long pour assurer une protection efficace contre une chaleur excessive. Si un relais thermique n'est pas installé pour s'en protéger, alors lorsqu'une défaillance se produit en raison d'une surchauffe apparue dans les enroulements du moteur.

La protection d'un moteur triphasé contre un défaut de phase est difficile car un moteur triphasé sous-chargé fonctionnant sur une seule phase sur trois génère une tension appelée régénérée (force contre-électromotrice).

Elle se forme à l'intérieur de l'enroulement rompu et est pratiquement égale à la valeur de la tension d'alimentation perdue. Par conséquent, les relais de mesure de tension qui ne contrôlent que sa valeur ne fournissent pas une protection complète contre le défaut de phase dans de telles situations.

Schéma de connexion de l'appareil de contrôle de phase et de tension dans le circuit de commande d'un moteur triphasé. Il s'agit d'une variante de schéma classique, largement utilisée dans la pratique.

Un niveau de protection plus élevé peut être obtenu à l'aide d'un dispositif capable de détecter le déplacement de l'angle de phase qui accompagne généralement une défaillance de phase. Dans des conditions normales, la tension triphasée est décalée de 120 degrés entre les phases. Une défaillance entraînera un décalage de l'angle par rapport à la valeur normale de 120 degrés.

Identification d'inversion de phase

L'inversion de phase peut se produire :

1. Lors d'une maintenance sur un équipement motorisé.
2. Lorsque des modifications sont apportées au système de distribution électrique.
3. Lorsque la restauration de l'alimentation entraîne une séquence de phases différente de celle qui existait avant la coupure de courant.

La détection d'une inversion de phase est importante si un moteur tournant en sens inverse peut endommager le mécanisme entraîné ou, pire encore, blesser physiquement le personnel de maintenance.

Par ailleurs, l'utilisation de relais de protection assure la sécurité du personnel de travail : 1 – phase coupée ; 2 – tension de pas

Les règles d'exploitation des réseaux électriques exigent l'application d'une protection contre un éventuel inversement de phases sur tous les équipements, y compris les véhicules de transport de personnel (escaliers mécaniques, ascenseurs, etc.).

Détection de déséquilibre de tension

Un déséquilibre se manifeste généralement lorsque les tensions de ligne d'entrée fournies par la compagnie d'électricité présentent des niveaux différents. Un déséquilibre peut se produire lorsque des charges monophasées telles que l'éclairage, les prises électriques, les moteurs monophasés et d'autres équipements sont connectés sur des phases individuelles et ne sont pas répartis de manière équilibrée.

Dans chacun de ces cas, un déséquilibre de courant se crée dans le système, ce qui réduit l'efficacité et raccourcit la durée de vie du moteur.

Une tension déséquilibrée ou insuffisante appliquée à un moteur triphasé entraîne un déséquilibre de courant dans les enroulements du stator, égal à un multiple de la valeur du déséquilibre des tensions entre phases. Ce phénomène s'accompagne à son tour d'une augmentation de l'échauffement, ce qui est la principale cause d'une détérioration rapide de l'isolation du moteur.

Un enroulement de stator grillé – on peut dire que c'est un phénomène courant là où l'installation d'un relais de contrôle dans le circuit de commande n'a pas été prévue

Compte tenu de tous les facteurs techniques et technologiques décrits, l'importance de l'utilisation de ce type de relais devient évidente, non seulement pour l'exploitation des moteurs électriques, mais aussi pour les générateurs, les transformateurs et autres équipements électriques.

Comment brancher l'appareil de contrôle ?

Les conceptions des relais de contrôle de phases, malgré la vaste gamme de produits disponibles, ont un boîtier unifié.

Éléments de construction du produit

Les borniers de raccordement pour conducteurs électriques sont généralement situés sur la face avant du boîtier, ce qui facilite les travaux d'installation.

L'appareil lui-même est conçu pour être monté sur un rail DIN ou simplement sur une surface plane. L'interface du bornier est généralement une pince standard fiable destinée à fixer des conducteurs en cuivre (ou en aluminium) d'une section allant jusqu'à 2,5 mm².

Le panneau avant de l'appareil comporte un ou plusieurs potentiomètres de réglage ainsi qu'un voyant lumineux de contrôle. Ce dernier indique la présence ou l'absence de la tension d'alimentation ainsi que l'état du mécanisme de commande.

Parmi les éléments de réglage, on peut trouver un indicateur de défaut, un indicateur de charge connectée, un potentiomètre de sélection de mode, un réglage du niveau d'asymétrie, un régulateur de chute de tension et un potentiomètre de temporisation.

Le raccordement de la tension triphasée s'effectue sur les bornes de travail de l'appareil, repérées par les symboles techniques correspondants (L1, L2, L3). Le montage du conducteur neutre n'est généralement pas prévu sur ces appareils, mais ce point dépend du modéle de relais spécifique.

Pour la connexion aux circuits de commande, on utilise un deuxième groupe d'interface comprenant généralement au moins 6 bornes de travail. Une paire du groupe de contacts du relais commute le circuit de la bobine du contacteur magnétique, et la seconde paire commute le circuit de commande de l'équipement électrique.

Tout est asse simple. Cependant, chaqué modéle de relais peut avoir ses propres particularités de raccordement. Par conséquent, lors de l'utilisation pratique de l'apareil, il convient de toujours se référer à la documentation fournie.

Étapes de réglage du dispositif

Là encore, selon la version, la conception du produit peut comporter différentes options de réglage. Il existe des modéles simples qui ne comprenent qu'un ou deux potentiomètres sur le panneau de commande. Et il existe des appareils avec des éléments de réglage plus avancés.

Éléments de réglage par micro-interrupteurs : 1 – bloc de micro-interrupteurs ; 2, 3, 4 – options de réglage des tensions de service ; 5, 6, 7, 8 – options de réglage des fonctions d'asymétrie/symétrie.

Parmi ces éléments de réglage avancés, on trouve souvent des micro-interrupteurs en bloc, situés directement sur le circuit imprimé sous le boîtier de l'appareil ou dans un compartiment spécial ouvrant. En plaçant chacun d'eux dans une position ou une autre, on crée la configuration souhaitée.

Le réglage consiste généralement à définir les valeurs nominales de protection en tournant les potentiomètres ou en positionnant les micro-interrupteurs. Par exemple, pour la surveillance de l'état des contacts, le niveau de sensibilité de la différence de tension (ΔU) est généralement réglé à 0,5 V.

Si vous devez contrôler les lignes d'alimentation de la charge, le régulateur de sensibilité de la diférence de tension (ΔU) est réglé sur une position limte où le point de transition du signal de travail au signal d'alamre est noté avec une petite tolérance vers la valeur nominale.

En règle générale, tous les détails du réglage des appareils sont clairement décrits dans la documentation d'accompagnement.

Marquage du dispositif de contrôle de phases

Les appareils de conception classique sont marqués simplement. Sur le panneau avant ou latéral du boîtier est apposée une séquence alphanumérique, ou bien la désignation est notée dans le passeport.

Exemple de marquage d'un des appareils populaires de production nationale. La désignation est placée sur le panneau avant, mais on trouve également des variantes avec placement sur les côtés.

Ainsi, un appareil de production russe pour connexion sans fil neutre est marqué:

EL-13M-15 AC400V

où: EL-13M-15 – nom de la série, AC400V – tension alternative admissible.

Les échantillons de produits importés ont un marquage quelque peu différent.

Par exemple, le relais de la série «PAHA» est marqué par l'abréviation suivante:

PAHA B400 A A 3 C

Le décodage approximatif est le suivant:

1. PAHA – nom de la série.
2. B400 – tension standard de 400 V ou connectée à partir du transformateur.
3. A – réglage par potentiomètres et micro-interrupteurs.
4. A (E) – type de boîtier pour montage sur rail DIN ou dans un connecteur spécial.
5. 3 – taille du boîtier de 35 mm.
6. C – fin du marquage de code.

Sur certains modèles, une valeur supplémentaire peut être ajoutée avant le point 2. Par exemple, «400-1» ou «400-2», et la séquence des autres ne change pas.

C'est ainsi que sont marqués les appareils de contrôle des phases dotés d'une interface d'alimentation supplémentaire pour source externe. Dans le premier cas, la tension d'alimentation est de 10-100 V, dans le second de 100-1000 V.

Le principe de fonctionnement, les caractéristiques de conception et la fonction du sectionneur de charge vous seront présentés dans l'article suivant, que nous vous recommandons vivement de lire.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo est consacrée à la description et à l'examen d'un produit spécifique de la société EKF. Cependant, pratiquement tous les appareils de contrôle des phases produits fonctionnent sur le même principe:

Malgé la grande diversité d'appareils sur le marhé, il est difficile de déterminer un standard de marquage. Si les fabricants étrangers marquent selon des canons, les fabricants nationaux le font selon d'autres. Néanmoins, il est toujours possible de se référer aux données de référence si un décodage précis des caractéristiques est nécessaire.

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