Il existe de nombreuses occasions qui illustrent à quel point les caractéristiques de charge d'un moteur sont différentes de celles d'un chauffage ou d'un circuit d'éclairage. Un tel exemple est un cas survenu il y a quelques années, lorsqu'un électricien de maintenance a été appelé dans une installation de transformation alimentaire en raison d'un arrêt inattendu de la ligne de production. Le moteur électrique alimentant l'ensemble de la section d'emballage (20 chevaux) avait déclenché son disjoncteur. Après avoir réinitialisé le disjoncteur, l'électricien a tenté de redémarrer le moteur, seulement pour constater qu'il avait de nouveau déclenché au démarrage. Après avoir diagnostiqué le problème, l'électricien a découvert que quelqu'un avait installé un nouvel appareil de protection de circuit (disjoncteur) à la place de l'appareil de protection de circuit moteur d'origine (également connu sous le nom de démarreur moteur).
Le nouvel appareil de protection de circuit installé était un standard thermique magnétique disjoncteur avec un courant nominal égal à celui du démarreur moteur d'origine ; cependant, il avait un réglage de déclenchement magnétique qui était trop bas pour permettre un temps suffisant pour que le courant d'appel normal du moteur se stabilise à un niveau d'état stable. D'autre part, le réglage de déclenchement magnétique du nouvel appareil de protection de circuit installé était suffisamment élevé pour fournir un courant d'appel excessif au démarrage, ce qui a fini par endommager le moteur (dégradant l'isolation des enroulements), ce qui nécessiterait finalement un rebobinage du moteur pour un coût de $1,200. À mesure que les ingénieurs et les techniciens entrent dans le monde professionnel, ils découvrent finalement l'une des vérités fondamentales de la conception, à savoir que la protection d'une charge moteur doit être sélectionnée en fonction des caractéristiques distinctives du moteur, par rapport aux caractéristiques distinctives d'un chauffage ou d'une charge d'éclairage.
Deux appareils, deux fonctions distinctes
Bien que les termes protecteur de circuit moteur et disjoncteur puissent être utilisés de manière interchangeable, ils décrivent en réalité deux types d'appareils différents avec des conceptions internes très différentes qui servent des fonctions différentes dans un circuit de dérivation moteur. Un disjoncteur standard, le plus souvent un disjoncteur miniature (MCB) ou un disjoncteur à boîtier moulé (MCCB), est un appareil conçu pour fournir une protection générale pour les fils et les charges générales connectées contre les surcharges et les courts-circuits en fournissant à la fois une protection contre les surcharges et les courts-circuits grâce à son élément thermique bimétallique et à sa bobine électromagnétique, respectivement, logés dans une seule unité. En revanche, un protecteur de circuit moteur (MCP) est un appareil spécifiquement conçu pour fournir uniquement une protection contre les courts-circuits magnétiques (électromagnétiques). Un MCP a un déclenchement instantané réglable et doit être utilisé dans le cadre d'un contrôleur de moteur combiné répertorié lorsqu'il est utilisé avec un contacteur et un relais de surcharge séparé pour fournir à la fois une protection thermique pour le moteur et un dégagement de court-circuit par le MCP. Aucun des appareils ne fournira les fonctions de l'autre, et une utilisation incorrecte des deux est une façon d'obtenir le type de défaillance rencontré par l'usine alimentaire.
Pourquoi un MCB standard échoue en service moteur
Lors du démarrage, un moteur aura un courant de démarrage (ou courant de rotor bloqué) qui peut atteindre de 6 à 8 fois le courant de charge nominal. Ce courant d'appel ne durera qu'une fraction de seconde lors d'un démarrage direct, cependant, il peut durer juste assez longtemps pour entrer dans la zone de déclenchement magnétique d'un Miniature Circuit Breaker (MCB) standard. Un exemple d'un MCB de type C de 20 ampères a un seuil de déclenchement instantané entre 5 et 10 fois sa valeur nominale, ce qui signifie qu'il pourrait se déclencher entre 100 et 200 ampères. Sur la base des 120 ampères de courant qu'un moteur tire au démarrage, cela se produit juste au milieu du seuil de déclenchement du MCB. Par conséquent, le disjoncteur peut se déclencher lors de certains démarrages de moteur et peut tenir lors d'autres, en fonction de 2 facteurs : 1) le point de fermeture des contacts du moteur par rapport au courant (c'est-à-dire le point réel dans la forme d'onde de tension lorsque les contacts se ferment), et 2) le niveau de résidu magnétique (taille) qui reste dans le noyau du moteur au moment de la fermeture du circuit. Cette incohérence est ce qui entraîne des déclenchements intempestifs.
Souvent, des dépanneurs mal informés essaieront de résoudre les problèmes de déclenchement intempestif en ajustant à un disjoncteur plus grand ; ce qui, en retour, supprime la protection contre les surintensités du fil, créant ainsi un risque d'incendie.
Le mécanisme de déclenchement magnétique d'un MCP résoudra ce problème de déclenchement intempestif en ayant un réglage de déclenchement magnétique ajustable (jusqu'à 13 fois la charge nominale du moteur) sans aucun élément thermique qui se déclencherait en raison de surcharges soutenues ; c'est le travail du relais de surcharge. Pour un aperçu plus large de la façon dont les disjoncteurs fonctionnent dans différentes applications, notre comparaison de disjoncteur vs protecteur de surtension explique où la protection contre les surintensités se termine et où la protection contre les surtensions commence.
Le trio de protection moteur coordonné
Conformément aux normes NEC et UL, un circuit de branche moteur complet comprend trois dispositifs qui travaillent ensemble (pour faire fonctionner votre moteur, pas simplement le faire fonctionner) :
- Protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre : Le but du protecteur de circuit moteur ou du MCCB (disjoncteur à boîtier moulé) de catégorie spéciale est de se déclencher lorsqu'il y a un court-circuit ou un défaut à la terre et de supprimer ces défauts avant que le courant ne puisse causer des dommages aux conducteurs ou aux enroulements du moteur. Il est réglé au-dessus du niveau d'appel pour éviter les déclenchements intempestifs.
- Protection contre les surcharges : Le relais de surcharge couvre le courant de charge complet du moteur ainsi que son facteur de service. Cela protégera le moteur contre les surcharges mécaniques soutenues, la perte d'une ou plusieurs phases, et les conditions de rotor bloqué qui s'étendent au-delà du démarrage. Le relais de surcharge se déclenchera à soit 115% soit 125% du courant de charge nominal du moteur en fonction de la façon dont le moteur est étiqueté (facteur de service) et de ce qui est requis par le code.
- Contrôle : Le contacteur agit comme un dispositif de commutation électromagnétique pour le moteur et allume et éteint le moteur pendant les conditions de fonctionnement normales. Le contacteur est classé pour les courants de charge nominale et de rotor bloqué du moteur.
Le MCP nécessite que le relais de surcharge fournisse une protection thermique, ce qui est accompli par la bande bimétallique intégrée dans les disjoncteurs traditionnels. Cela est fait intentionnellement pour permettre à chaque dispositif de protection d'être conçu et optimisé spécifiquement pour ses propres applications uniques. Un disjoncteur standard tente de servir les deux fonctions en utilisant une caractéristique constante, le plaçant ainsi hors de portée pour une utilisation en tant que disjoncteur de moteur, sauf avec de très petits moteurs à fraction de cheval où le courant de démarrage est trop faible pour affecter les performances.
Disjoncteurs de protection de moteur : Une troisième option
Les disjoncteurs de protection de moteur (MPCB) ont les aspects arrondis suivants en raison des exigences du Code électrique canadien (CEC) et du Code national de l'électricité (NEC) :
• Les MPCB, couramment trouvés sur les marchés nord-américain et IEC, fournissent une protection contre les surcharges (thermique) et les courts-circuits (magnétique) dans un seul dispositif, sont classés sous IEC-60947-4-1 comme étant adaptés aux charges de moteur, et servent de nombreuses applications en tant que seul dispositif de protection de moteur simplifiant le câblage et réduisant l'espace de l'armoire.
• Le réglage de défaut direct de votre MPCB fournit un moyen flexible de protéger à la fois contre le courant d'appel du moteur, ainsi que ses courants de surcharge continuellement soutenus.
• Le disjoncteur standard peut fournir un réglage de défaut direct ; néanmoins, il créera une condition de désaccord lorsqu'il est utilisé avec des moteurs en raison du problème que le disjoncteur est dimensionné pour le courant de pleine charge (FLC), tandis que votre MPCB est dimensionné pour le courant d'appel.
Lors de l'utilisation d'un dispositif réinitialisable pour la protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre au niveau du déconnecteur de moteur, votre MPCB doit toujours être le dispositif de choix.
Cependant, dans le contexte des méthodes généralement acceptées pour contrôler les moteurs AC industriels en Amérique du Nord, la combinaison de contacteur, de surcharge et de disjoncteur de protection de moteur représente toujours la méthode la plus répandue pour atteindre le contrôle du moteur ; cela est principalement dû à l'exigence du NEC de maintenir un dispositif de protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre de branche de moteur en tant que dispositif répertorié (approuvé par l'agence) lorsqu'il est utilisé comme composant individuel dans un démarreur.
La règle 125% et son rôle dans la protection des moteurs
Dans le Code Électrique National (NEC), la protection contre les surcharges doit être dimensionnée incorrectement pour les moteurs ayant un facteur de service supérieur à 1,15 à pas plus de 125% de la charge nominale. D'autre part, le réglage maximum de surcharge sur le relais de surcharge d'un moteur ayant un facteur de service de 1,0 ou une élévation de température de 40 degrés Celsius sera à 115% de la charge nominale. L'objectif de cet article est de fournir une protection contre les surcharges de moteur qui ne déclenchera pas le relais de surcharge dans des conditions de fonctionnement normales, mais le relais de surcharge se déclenchera avant que l'isolation des enroulements du moteur n'atteigne une température qui raccourcira la durée de vie du moteur. Cette règle s'applique uniquement aux relais de surcharge et ne régit pas le dispositif de court-circuit d'un moteur. Le réglage d'un déclencheur magnétique sur un MCP est beaucoup plus élevé (normalement entre 700–1300% de la charge nominale) que le réglage du relais de surcharge (125% de la charge nominale) selon l'Article 430.52 du NEC. L'Article 430 établit le montant maximum de protection contre les courts-circuits pour les disjoncteurs à déclenchement instantané qui peuvent être utilisés en combinaison avec un relais de surcharge ayant une capacité de 1300% de la charge nominale. La règle 125% et le réglage élevé associé au déclencheur magnétique du MCP se soutiennent mutuellement : le relais de surcharge protège contre les dommages thermiques lents au moteur, tandis que le MCP protège le moteur contre les courants de défaut rapides. Aucun de ces valeurs ne peut être échangé entre les dispositifs sans invalider la coordination qui garantira que le moteur continue de fonctionner en toute sécurité.
Un protecteur de circuit moteur est-il un disjoncteur ?
Lorsque des questions de projet d'installation se posent, elles nécessitent une différenciation entre les caractéristiques physiques et la fonctionnalité globale ainsi que le type de configuration et le numéro de modèle utilisés à des fins identifiées. En apparence, le protecteur de circuit modifié (MCP) a le même boîtier et la même configuration de commutateur à bascule qu'un disjoncteur à boîtier moulé (MCC) ; cependant, fonctionnellement, le MCP est un type de disjoncteur qui a été modifié pour retirer son dispositif de protection contre les surcharges thermiques et a été remplacé par un dispositif de déclenchement magnétique réglable. Bien que certains MCP soient des produits à double homologation qui répondent à la norme UL 508 (pour une utilisation dans un panneau de contrôle industriel) et à la norme UL 489 (à utiliser comme disjoncteur à boîtier moulé), le MCP remplira son rôle de protecteur de court-circuit de circuit de branche pour le circuit moteur ; cependant, ils doivent toujours être utilisés avec des relais de surcharge appropriés ainsi que des contacteurs. Un MCP ne peut pas être utilisé sur les circuits moteurs sauf conformément aux instructions d'installation du fabricant et en conformité avec le code approprié ; il existe certaines instances spéciales qui permettront à un MCB de protéger un petit circuit moteur (par exemple, un petit circuit moteur alimenté par un dispositif à batterie). Si vous avez besoin d'aide pour dimensionner un disjoncteur pour une application quelconque, notre guide sur quelle taille de disjoncteur vous avez besoin explique le processus de calcul pour les charges générales et les charges moteur.
Comment HUYU soutient la protection correcte des circuits moteurs
HUYU propose un assortiment complet de dispositifs de protection des circuits utilisés dans les systèmes de contrôle des moteurs, y compris des disjoncteurs à boîtier moulé pour la protection des circuits d'alimentation et de dérivation ; des disjoncteurs listés UL 489 qui répondent aux exigences de service d'entrée et de dérivation ; et plusieurs caractéristiques de déclenchement pour offrir aux ingénieurs des choix pour associer le dispositif de protection à la charge — tels que des bancs de chauffages résistifs ou des circuits de panneaux d'éclairage, ou des moteurs à courant d'appel élevé. HUYU dispose de mini disjoncteurs pour fournir une protection des circuits pour des applications de charge générale à des disjoncteurs à boîtier moulé qui ont des capacités de coupure et des courbes de déclenchement réglables conçues pour protéger les circuits de moteurs industriels. Si vous choisissez un fabricant qui fournit une documentation de test complète et des caractéristiques de déclenchement clairement étiquetées, vous éliminerez l'incertitude du scénario de l'usine de transformation alimentaire — détérioration lente et coûteuse d'un moteur qui n'a jamais été correctement protégé.
Questions Fréquemment Posées
Un protecteur de circuit moteur est-il un disjoncteur ?
Un dispositif de protection de circuit moteur (également appelé MCP) est une forme électronique de protection contre les pannes de circuit moteur. Un MCP est différent d'un disjoncteur standard car il fournit uniquement une protection contre les courts-circuits via le magnétisme — il n'inclut donc pas de dispositif de surcharge thermique pour protéger le circuit contre les surcharges thermiques. Il est également utilisé avec un relais de surcharge séparé, des contacteurs, et parfois aussi comme un produit doublement listé selon UL998 et UL948.
Un protecteur de circuit est-il le même qu'un disjoncteur ?
Non, “ protecteur de circuit ” désigne une variété de dispositifs électriques différents tels que des fusibles, des protecteurs supplémentaires et des protecteurs de circuit moteur ; cependant, un disjoncteur est un type réel de dispositif électrique qui peut être réinitialisé par l'utilisateur et protège à la fois contre les surintensités, ou surcharges, et les courts-circuits. Un MCP est également un exemple d'un dispositif électrique qui est un type de protecteur de circuit ; cependant, la seule fonction qu'il remplit est la protection contre les courts-circuits et il est conçu pour être utilisé uniquement avec des charges de moteur.
Pourquoi le MCB n'est-il pas utilisé pour la protection des moteurs ?
Un MCB traditionnel a une position de déclenchement magnétique prédéterminée qui correspond généralement à celle du courant d'appel au démarrage d'un moteur, ce qui entraîne également des déclenchements intempestifs. De plus, l'élément thermique du MCB n'est pas correctement calibré pour répondre à la courbe de dommage thermique spécifique de chaque moteur. Le MCP ou MPCB avec leurs limites de déclenchement réglables éliminent ces deux incompatibilités tout en fournissant une protection fiable contre les déclenchements inutiles.
Quelle est la règle 125% en électricité ?
Selon l'article 430.32 du NEC, la règle 125% stipule que pour les moteurs avec un facteur de service supérieur ou égal à 1,15, la protection contre les surcharges doit être évaluée à ne pas dépasser 125% du courant à pleine charge. Cela concerne uniquement les surcharges et non la protection contre les courts-circuits, car elle est conçue pour protéger le moteur contre les surcharges thermiques soutenues dues à une utilisation dans des conditions de fonctionnement normales au-dessus de la moyenne.
La différence entre un disjoncteur standard et un protecteur de circuit moteur n'est pas simplement une question de technique. Un protecteur de circuit moteur (MCP) fournira des années de démarrages fiables et sans problème. Un disjoncteur standard, en revanche, se déclenchera soit à chaque fois que le moteur essaie de démarrer, soit échouera silencieusement lorsque le moteur surchauffe en raison d'une protection contre les surcharges inadéquate. En fournissant un déclencheur magnétique réglable en conjonction avec un relais de surcharge correctement dimensionné, le MCP a été validé et documenté par le Code national de l'électricité (NEC) ainsi que par des décennies d'ingénierie dédiée à la protection des moteurs comme la bonne solution pour protéger un moteur contre les dommages. Un disjoncteur standard (MCB), bien qu'utile pour la protection des charges d'éclairage et de chauffage, est une application incorrecte à cet effet. Chez HUYU, nous offrons tous les types de dispositifs de protection qui sont correctement classés selon le type de charge pour garantir que la bonne combinaison de protection et de charge est la base d'un système électrique sûr, fiable et conforme au code.
