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.......................................................................... Cahier technique n° 211 La protection des moteurs BT G. Baurand V. Moliton Collection Technique Building a New Electric World* Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permet- tent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Cette collection est disponible sur l’Internet avec ses nouveautés et mises à jour : http://www.cahiers-techniques.schneider-electric.com Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider Electric. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » de Schneider Electric. Avertissement L ’auteur dégage toute responsabilité consécutive à l’utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d’éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n° (à préciser) ». n° 211 La protection des moteurs BT CT 211 édition janvier 2007 Vivien MOLITON Diplômé en 2002 de l’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Limoges (ENSIL) avec une spécialisation « Mécatronique ». Il intègre cette même année le laboratoire mécatronique en recherche et développement de Schneider Electric. Au sein du service Mesure et Protection, il participe au développement d’une nouvelle gamme de disjoncteur-moteur ainsi qu’à celui du démarreur contrôleur TesysU de la marque Télémécanique. Gilles BAURAND Diplôme d’ingénieur en électromécanique de l’ENSICAEN - Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Caen - en 1977. Rentre chez Télémécanique en 1978 comme responsable technique de développement des relais de contrôle et de protection électronique, poste qu’il occupe jusqu’en 1985. Il est responsable du laboratoire du département contacteurs et relais de protection moteur de 1986 à 1991, puis de l’anticipation de ce même département de 1992 à 2004. Au sein de Schneider Electric depuis début 2005, il est responsable de l’anticipation du domaine PPC « Power Protection & Control ». Cahier Technique Schneider Electric n° 211 / p. Cahier Technique Schneider Electric n° 211 / p.3 La protection des moteurs BT Sommaire 1 Introduction p. 4 2 Rappels sur les moteurs électriques 2.1 Les différents types de moteurs p. 5 2.2 Domaine d’utilisation des moteurs basse tension p. 6 3 Les différentes causes de défauts 3.1 Les défauts internes au moteur : avaries concernant p. 7 et leur conséquences l’enroulement statorique ou rotorique 3.2 Les défauts externes au moteur : phénomènes liés p. 8 à l’alimentation électrique du moteur 3.3 Les défauts externes au moteur : phénomènes liés p. 11 à l’exploitation du moteur 3.4 Synthèse p. 12 4 Les fonctions de protection 4.1 Protection contre les courts-circuits p. 13 4.2 Protection contre les surcharges p. 14 4.3 Tableau de choix des relais de protection p. 20 4.4 Les « disjoncteurs moteurs » (disjoncteurs magnétothermiques) p. 20 5 Les départs-moteurs 5.1 Généralités p. 22 5.2 Les fonctions de base des départs-moteurs p. 22 5.3 Cas particuliers des démarreurs et variateurs de vitesse p. 24 électroniques 5.4 Une fonction complémentaire : la communication p. 24 5.5 Départs-moteurs et coordination p. 25 5.6 Les Appareils de connexion de Commande p. 27 et de Protection (ACP) 5.7 La sélectivité p. 28 5.8 Exemple p. 28 6 Conclusion p. 30 Annexe 1 : système modulaire du démarreur-contrôleur TesysU p. 31 Annexe 2 : les principaux modes de démarrage p. 32 Annexe 3 : bibliographie p. 36 Tout moteur électrique doit être dimensionné pour répondre aux exigences d’une exploitation donnée et ne peut fonctionner au-delà, sans un risque de détérioration, instantanée ou dans le temps, du moteur lui-même et/ou de son environnement. Pour supprimer ce risque ou au moins le réduire fortement, les concepteurs et installateurs de machines prévoient des dispositifs de protection qu’ils sélectionnent dans les catalogues des constructeurs. Mais parmi tous ces dispositifs existants qui devront « collaborer » (fonctionner) avec des appareils de sectionnement et de commande, que prévoir ? Comment choisir ? Et surtout comment s’assurer que les matériels retenus feront « bon ménage » ? Voilà les questions auxquelles ce Cahier Technique apporte des réponses après avoir présenté l’ensemble des facteurs à prendre en compte puis détaillé les différentes solutions offertes par les constructeurs, y compris les appareils complets que sont les « démarreurs-moteurs ». Cahier Technique Schneider Electric n° 211 / p.4 1 Introduction Tout moteur électrique a des limites de fonctionnement. Dépasser ces limites conduit, à plus ou moins long terme, à sa destruction mais aussi à celle des mécanismes qu’il anime, avec pour conséquence immédiate des arrêts et des pertes d’exploitation. Ce type de récepteur, qui transforme une énergie électrique en énergie mécanique, peut être le siège d’incidents d’origine électrique ou mécanique. Electrique surtension, chute de tension, déséquilibre, perte de phases qui provoquent des variations sur le courant absorbé, courts-circuits dont le courant peut atteindre des niveaux destructeurs pour le récepteur. Mécanique calage du rotor, surcharge momentanée ou prolongée qui entraînent une augmentation du courant absorbé par le moteur, d’où un échauffement dangereux pour ses bobinages. Le coût de ces incidents peut-être élevé. Il doit prendre en compte le manque à produire, les pertes de matières premières, la remise en état de l’outil de production, la non-qualité de la production, les retards de livraison. La nécessité économique d’accroître la compétitivité pour les entreprises implique la réduction des coûts liés à la perte de continuité de service et à la non- qualité. Ces incidents peuvent avoir également des conséquences dramatiques sur la sécurité des b v v b v personnes en contact direct ou indirect avec le moteur. Pour s’affranchir de ces incidents ou du moins limiter leurs conséquences et éviter qu’ils n’entraînent la détérioration du matériel ainsi que des perturbations sur le réseau d’alimentation, l’utilisation de protections est nécessaire. Elles permettent d’isoler du réseau le matériel à protéger, en actionnant un organe de coupure par détection et mesure des variations de grandeurs électriques (tension, courant, etc.) Chaque départ-moteur doit donc comporter : une protection contre les courts-circuits, pour détecter et couper le plus rapidement possible des courants anormaux généralement supérieurs à 10 fois le courant nominal (In) une protection contre les surcharges, pour détecter des augmentations du courant jusqu’à environ 10 In et couper le départ avant que l’échauffement du moteur et des conducteurs n’entraîne la détérioration des isolants. Ces protections sont assurées par des appareils spécifiques tels que des fusibles, disjoncteurs, relais de surcharge ou par des appareils plus intégrés offrants plusieurs types de protections. Nota : La protection contre les défauts « terre » qui englobe la protection des personnes et contre les risques d’incendie, n’est pas traitée dans ce document car elle est habituellement prévue au sein de la distribution électrique pour un équipement, un atelier ou pour tout un bâtiment. b b Cahier Technique Schneider Electric n° 211 / p.5 2 Rappels sur les moteurs électriques 2.1 Les différents types de moteurs Il existe trois principales catégories de moteurs électriques : les moteurs asynchrones les moteurs synchrones les moteurs à courant continu Chacun d’entre eux est composé d’une partie fixe – le stator ou inducteur – et d’une partie mobile – le rotor ou induit. Les moteurs asynchrones Leurs stators possèdent des enroulements alimentés en courant alternatif et disposés de manière à créer un champ magnétique tournant (flux tournant) à la vitesse synchrone W. Dans le cas d’une alimentation en triphasé, la configuration la plus fréquente comporte trois enroulements (pouvant regrouper plusieurs bobines) connectés en triangle ou en étoile. Leurs rotors sont le plus fréquemment constitués de barres conductrices mises en court-circuit à leurs extrémités, cas des moteurs « à cage d’écureuil » (faible puissance), ou de manière moins répandue sous forme d’enroulements, cas des moteurs asynchrones à rotor bobiné (grande puissance). Le flux tournant, généré par le stator, induit dans le rotor un courant qui provoque sa rotation (cf loi de Laplace). Sa vitesse W’ est inférieure à la vitesse synchrone W du flux tournant, on parle alors de glissement (g) correspondant à la perte de vitesse relative : , c’est la notion d’asynchronisme. Les moteurs asynchrones sont adaptés aux applications de petite et moyenne puissance, nécessitant notamment des couples de démarrage augmentant avec la vitesse. Ce sont les moteurs les plus utilisés en raison de leur faible coût, de leur robustesse et de leur facilité de mise en œuvre et d’entretien. En commande directe ils ont l’inconvénient d’avoir des courants de démarrage élevés, pouvant aller jusqu’à 8 fois le courant nominal (cf. fig. 1 ). Les moteurs synchrones Comme pour les moteurs asynchrones, ils possèdent un stator composé d’enroulements alimentés en courant alternatif. La caractéristique de ces moteurs est le uploads/Industriel/ ct211.pdf