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1 COURS N 12 : Relais de protection thermique DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES DURÉE FIN DU COURS {? heures} Page 1 sur 13

2 Tableau de comité de lecture Date de lecture Lecteurs Observation Remarques rédacteur Date modifications 10 décembre 2000 CROCHET David Premières versions + Améliorations mineures 10 décembre mai 2001 CROCHET David Mise à jour des données de cette page (mail et adresse) 18 mai 2001 Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante : Ce dossier contient : Crochet.david@free.fr Un dossier élève (pages 4 à 6) Un dossier prof (pages 7 à 9) Un transparent (page - ) Adresse Professionnel : CROCHET David Professeur de Génie électrique Lycée Joliot CURIE Place du Pigeon Blanc HIRSON (Adresse valable jusq'au 30 juin 2002 Page 2 sur 13

3 COURS N 12 Relais de protection thermique Niveau : 1 STI GET Lieu : Salle de cours Durée :? heures Organisation : Classe entière LIAISON AU RÉFÉRENTIEL Les élèves doivent être capables : PRÉ-REQUIS Les élèves devront être capables de : - - OBJECTIFS NIVEAU D'APPRENTISSAGE - Passive MÉTHODE Page 3 sur 13

4 S.T.I. - G.E.T. B 2 ÉLECTROTECHNIQUE MATÉRIEL INDUSTRIEL DOSSIER PÉDAGOGIQUE COURS N 12 Relais de protection thermique Objectif : Documents : Secteur : Salle de cours Durée :? heures Page 4 sur 13

5 Relais de protection thermique 1. Problème de la protection Il consiste à définir la nature des défauts contre lesquels on doit se protéger puis à choisir l'appareil capable de détecter ces défauts et d'opérer leur suppression. Les principales perturbations sur une installation électrique se traduisent par : - Les surintensités : surcharges ou court-circuits - Les surtensions ou les baisses de tension Perturbation Causes Effets Surcharges Court-circuit Dès que l'appareil d'utilisation demande une puissance plus importante. Ex: moteur électrique bloqué Élévation brutale du courant absorbé due à un contact électrique entre 2 conducteurs de polarités différentes Accroissement anormal du courant absorbé, d'où échauffement lent mais pouvant entraîner la détérioration de l'installation. Création d'un arc électrique, échauffement très important pouvant entraîner la fusion des conducteurs, création d'effets électrodynamiques Moyens de protection Fusible Relais thermique Disjoncteur avec déclencheur thermique Fusible Disjoncteur avec déclencheur magnétique 2. Le relais de protection thermique 2.1. Principe de fonctionnement Le relais thermique utilise la propriété d'un bilame formé de deux lames minces de métaux ayant des coefficients de dilatation différents. - Invar et alliage de ferro-nickel Lame à coefficient de dilatation élevée Conducteur pour le passage du courant Lame à coefficient de dilatation nul Ensemble bilame après échauffement Support formant point fixe Page 5 sur 13

6 Chaque enroulement chauffant est raccordé en série avec une phase moteur. L'échauffement de ces enroulements dû au courant absorbé par le moteur provoque une déformation des bilames. Si le courant absorbé devient supérieur à la valeur du courant de réglage, la déformation est suffisante pour libérer la butée de maintien qui ferme et ouvre les contacts auxiliaires. Ces contacts auxiliaires, placés dans le circuit de commande, ordonne l'ouverture du contacteur qui se trouve sur la partie puissance. Il faut bien voir que ce n'est pas le relais thermique qui ouvre le circuit de puissance. Le réarmement ne peut se faire que lorsque les bilames sont suffisamment refroidis 2.2. Constitution d'un relais thermique 2.3. Fonctionnement Déclenchement par surcharge triphasée : Déplacement simultané des 3 bilames (fig. a et b) Déclenchement en cas de coupure d'une phase (marche en monophasé) : dispositif différentiel (fig. a et c) Page 6 sur 13

7 Compensation thermique réglage : La déflexion des bilames est due à l'échauffement provoqué par le courant mais aussi par la température ambiante. Pour annuler cet effet, un bilame de compensation, influencée par la température ambiante, est monté en opposition avec les bilames principaux. Un relais thermique compensé est insensible à des variations de températures ambiantes généralement comprises entre 40 C et + 60 C Courbe de déclenchement La courbe du temps de déclenchement est toujours en fonction du multiple du courant de réglage. c Fonctionnement équilibré, 3 phases, sans passage préalable du courant (à froid). d Fonctionnement sur les 2 phases, sans passage préalable du courant(à froid). e Fonctionnement équilibré 3 phases, après passage prolongé du courant de réglage (à chaud). Page 7 sur 13

8 2.5. Choix d'un relais thermique Le plus souvent, le choix est indiqué dans un tableau de coordination. Mais en absence d'indication, la coordination entre le relais thermique et le dispositif de protection contre les court circuit doit répondre aux exigences suivantes (I c = 10 I n ) : - Seul le relais thermique déclenche sur un courant égale à 0,75 I c sans endommager le dispositif de protection contre les courts-circuits - Le dispositif de protection contre les court circuit doit déclenché sur un courant de 1,25 I c, sans endommager et dérégler le relais thermique Page 8 sur 13

9 S.T.I. - G.E.T. B 2 ÉLECTROTECHNIQUE MATÉRIEL INDUSTRIEL DOSSIER PROFESSEUR COURS N 12 Relais de protection thermique Objectif : Documents : Secteur : Salle de cours Durée : 2 heures Page 9 sur 13

10 Relais de protection thermique 1. Problème de la protection Il consiste à définir la nature des défauts contre lesquels on doit se protéger puis à choisir l'appareil capable de détecter ces défauts et d'opérer leur suppression. Les principales perturbations sur une installation électrique se traduisent par : - Les surintensités : surcharges ou court-circuits - Les surtensions ou les baisses de tension Perturbation Causes Effets Surcharges Court-circuit Dès que l'appareil d'utilisation demande une puissance plus importante. Ex: moteur électrique bloqué Élévation brutale du courant absorbé due à un contact électrique entre 2 conducteurs de polarités différentes Accroissement anormal du courant absorbé, d'où échauffement lent mais pouvant entraîner la détérioration de l'installation. Création d'un arc électrique, échauffement très important pouvant entraîner la fusion des conducteurs, création d'effets électrodynamiques Moyens de protection Fusible Relais thermique Disjoncteur avec déclencheur thermique Fusible Disjoncteur avec déclencheur magnétique 2. Le relais de protection thermique 2.1. Principe de fonctionnement Le relais thermique utilise la propriété d'un bilame formé de deux lames minces de métaux ayant des coefficients de dilatation différents. - Invar et alliage de ferro-nickel Lame à coefficient de dilatation élevée Conducteur pour le passage du courant Lame à coefficient de dilatation nul Ensemble bilame après échauffement Support formant point fixe Page 10 sur 13

11 Chaque enroulement chauffant est raccordé en série avec une phase moteur. L'échauffement de ces enroulements dû au courant absorbé par le moteur provoque une déformation des bilames. Si le courant absorbé devient supérieur à la valeur du courant de réglage, la déformation est suffisante pour libérer la butée de maintien qui ferme et ouvre les contacts auxiliaires. Ces contacts auxiliaires, placés dans le circuit de commande, ordonne l'ouverture du contacteur qui se trouve sur la partie puissance. Il faut bien voir que ce n'est pas le relais thermique qui ouvre le circuit de puissance. Le réarmement ne peut se faire que lorsque les bilames sont suffisamment refroidis 2.2. Constitution d'un relais thermique 2.3. Fonctionnement Déclenchement par surcharge triphasée : Déplacement simultané des 3 bilames (fig. a et b) Déclenchement en cas de coupure d'une phase (marche en monophasé) : dispositif différentiel (fig. a et c) Page 11 sur 13

12 Compensation thermique réglage : La déflexion des bilames est due à l'échauffement provoqué par le courant mais aussi par la température ambiante. Pour annuler cet effet, un bilame de compensation, influencée par la température ambiante, est monté en opposition avec les bilames principaux. Un relais thermique compensé est insensible à des variations de températures ambiantes généralement comprises entre 40 C et + 60 C Courbe de déclenchement La courbe du temps de déclenchement est toujours en fonction du multiple du courant de réglage. c Fonctionnement équilibré, 3 phases, sans passage préalable du courant (à froid). d Fonctionnement sur les 2 phases, sans passage préalable du courant(à froid). e Fonctionnement équilibré 3 phases, après passage prolongé du courant de réglage (à chaud). Page 12 sur 13

13 2.5. Choix d'un relais thermique Le plus souvent, le choix est indiqué dans un tableau de coordination. Mais en absence d'indication, la coordination entre le relais thermique et le dispositif de protection contre les court circuit doit répondre aux exigences suivantes (I c = 10 I n ) : - Seul le relais thermique déclenche sur un courant égale à 0,75 I c sans endommager le dispositif de protection contre les courts-circuits - Le dispositif de protection contre les court circuit doit déclenché sur un courant de 1,25 I c, sans endommager et dérégler le relais thermique Page 13 sur 13