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Le relais de protection thermique numérique apporte des avantages indéniables par rapport au relais thermique bilame même si l’investissement de départ est plus important.

Fiabiliser le processus de production des petits et gros moteurs

Certains sites à process continu ont généralisé l’utilisation des relais numériques sur tous leurs moteurs électriques pour maximiser le flot d’information et ainsi fiabiliser le processus de production. Il est aussi possible d’opter pour une sélection des moteurs concernés, ceci pour limiter l’investissement de départ.

Une approche intuitive est d’utiliser le relais thermique bilame pour les petits moteurs et le relais de protection thermique numérique pour les plus gros moteurs. En effet, le coût d’achat ou de rebobinage d’un gros moteur est toujours plus significatif que pour un petit moteur. En revanche, à partir d’une certaine taille de moteur, les relais thermiques bilames utilisent eux aussi des transformateurs de courant, ce qui atténue l’écart de prix entre protection bilame et protection numérique.

Compte tenu des indications précoces que peut apporter une protection numérique, donc in-fine l’avantage apporté en termes de disponibilité, il faut raisonner plutôt sur la criticité du moteur dans le processus global de fabrication. Un petit moteur défaillant peut engendrer l’arrêt complet d’une ligne de production où gâcher un lot de production en cours, ce moteur devra donc être surveillé de près pour s’en prémunir et il mérite une protection numérique même si c’est un moteur de faible coût.

Eviter l’arrêt de production grâce au relais de protection thermique numérique

Il faut aussi penser à ce qu’entraîne le moteur. Un arrêt du moteur peut causer des dommages irréversibles. Par exemple, un pont qui transporte une poche de verre ou de métal en fusion ne doit pas tomber en panne.

Considérer le temps d’immobilisation du processus lorsqu’un moteur tombe en panne : par exemple la rupture d’un tapis de convoyeur est difficile à réparer rapidement, un broyeur bloqué n’est pas facile à libérer, le changement d’une pompe ou d’un moteur dans un endroit difficile d’accès sont autant d’exemples qui peuvent inciter à préférer une protection numérique.

L’ensemble des protections apportées par un système numérique permet de doubler certaines sécurités ce qui améliorera l’Analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité du procédé de fabrication.

Par exemple, une protection de sous-puissance permet de détecter une cavitation ou le manque de fluide dans le corps de pompe même si la conduite de procédé utilise traditionnellement une sécurité anti marche à sec.

En apportant des informations et des alarmes tant dans le domaine électrique que pour ce qu’entraîne le moteur, la protection numérique est utile pour collecter les mesures permettant de fiabiliser et optimiser le procédé de fabrication. Une fois le site en production, toute variation par rapport au rendement initial est détectée. La cause de cette variation peut être étudiée et traitée pour un retour en condition de fonctionnement initial ou une optimisation du procédé. Le vieillissement d’un moteur peut entraîner une diminution du rendement ou une diminution de la qualité du produit fabriqué.

Le relais thermique numérique pour optimiser la surveillance des moteurs

Le relais de protection thermique numérique est une opportunité d’optimiser temporairement la surveillance d’un moteur électrique.

En effet, en profitant de l’avantage d’un tableau à indice de service (IS) élevé permettant de remplacer rapidement un tiroir par un autre, il est possible d’équiper son installation avec des protections classiques mais prévoir quelques réserves avec des protections numériques.

Lorsqu’un moteur mérite une surveillance accrue, le tiroir équipé d’une protection classique est remplacé par un tiroir avec protection numérique. Ainsi tous les outils de mesure et de traçabilité sont disponibles et permettent d’étudier en profondeur un phénomène sur un moteur ou de rechercher les causes de son mauvais fonctionnement.

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Les règles de protection électrique imposent une protection thermique pour les moteurs électriques.

En alimentation directe du moteur (alimentation du moteur sans variateur ou démarreur électronique) la fonction de protection thermique est assurée par défaut via un relais thermique bilame.

C’est une solution économique à l’achat mais qui présente quelques inconvénients quant à la disponibilité du moteur en phase d’exploitation.

Qu’est ce qu’un relais de protection thermique bilame ?

Le relais thermique bilame est traversé par le courant qui alimente le moteur, il le protège contre l’échauffement anormal de ses enroulements. Ceci se produit lorsque le courant consommé pendant l’effort du moteur est trop important pendant un temps donné, ceci causant une trop forte élévation de température des enroulements.

Si le phénomène perdure, il cause la fusion des enroulements ce qui rend le moteur hors d’usage et impose son remplacement.

Le relais thermique bilame est réglé pour s’échauffer plus rapidement que les enroulements du moteur, il coupera donc l’alimentation du moteur pour le préserver.

La protection thermique bilame induit une incertitude dans la conduite du procédé

Le relais de protection thermique bilame est un dispositif électro-mécanique simple qui ne permet pas de connaître son état d’échauffement. Par conséquent, il n’est pas possible de savoir dans quel délai il ouvrira le circuit d’alimentation du moteur.

La « réserve thermique » disponible n’est donc pas connue avant déclenchement et arrêt du moteur. Dans ce cas, il faut admettre cette incertitude dans la conduite du procédé de fabrication incluant le moteur.

Si le relais thermique bilame protège le moteur, le circuit d’alimentation de celui-ci va rester ouvert pendant un temps donné qui correspond au refroidissement du bilame (et aussi du moteur puisqu’il n’est plus alimenté pendant cette période).

Une fois le bilame refroidit, il rétablit le circuit et le moteur est à nouveau disponible pour un prochain démarrage.

Vu de la conduite de procédé, le temps d’attente nécessaire au refroidissement n’est pas connu, il faut donc patienter, moteur arrêté, sans avoir d’information sur l’échéance de cette situation.

Quand le relais thermique rétablit le circuit d’alimentation du moteur, après un déclenchement et un certain temps d’attente, le moteur peut être relancé pour redémarrer le process.

Le pic de consommation du moteur au démarrage peut de nouveau faire déclencher le relais thermique qui n’avait pas assez de réserve thermique pour encaisser un démarrage.

C’est un retour au point de défaut et il faut de nouveau attendre la fin du cycle de refroidissement avant d’essayer un redémarrage.

Ces trois exemples typiques montrent que l’utilisation d’un relais thermique bilame permet de protéger le moteur électrique, en revanche il ne permet pas une conduite sereine d’un procédé de fabrication nécessitant de la disponibilité et de la continuité de service.

Qu’est ce qu’un relais de protection numérique ?

Le relais thermique numérique mesure lui aussi le courant qui alimente les enroulements du moteur électrique et calcule leur échauffement grâce à la formule I²t. A la différence du relais thermique bilame, il le fait via une électronique et un micro-processeur. Une courbe de protection moteur est sélectionnée pour correspondre aux enroulements protégés.

La protection numérique assure une conduite du procédé sereine

L’échauffement et la réserve thermique du moteur sont connus à tout moment. Ce qui permet de disposer, en temps réel, d’une indication précieuse de l’état du moteur et ainsi d’alerter, très en avance, d’un possible dépassement des limites d’utilisation du moteur.

Ce temps peut alors être mis à profit pour démarrer un moteur de secours ou aménager la charge du moteur pour éviter un déclenchement et par conséquent un arrêt de production.

Si rien n’a été corrigé, le relais thermique se déclenche à l’issue de son décompte d’alerte lorsque le moteur doit être protégé. Pour autant, le temps nécessaire au refroidissement du moteur est calculé et ainsi le temps d’attente avant un possible redémarrage est immédiatement annoncé.

C’est une information utile pour la conduite de procédé puisque le temps d’attente avant que le moteur ne soit à nouveau disponible est connu. La criticité de la situation par rapport au processus de fabrication en cours peut être immédiatement jugée.

Une fois ce temps d’attente écoulé et décompté, le relais thermique numérique démarre à nouveau le moteur.

Comme vu précédemment, le redémarrage du moteur avec un relais thermique bilame suite à un échauffement peut être hasardeux. Ce n’est pas le cas avec une protection thermique numérique.

En effet, cette dernière connaît l’échauffement du moteur au démarrage. C’est ce qui lui permet de rendre le moteur disponible au redémarrage quand ses enroulements ont refroidi mais aussi, et surtout, lorsque le moteur dispose d’assez de réserve thermique pour encaisser un démarrage.

L’exploitant a donc la certitude de pouvoir redémarrer son moteur lorsqu’il y est autorisé !

Ces trois situations montrent bien les avantages d’une protection thermique numérique par rapport à une protection thermique bilame. La protection thermique numérique assure une conduite sereine d’un procédé de fabrication nécessitant de la disponibilité et de la continuité de service.

Aller plus loin avec le relais de protection numérique

Le relais de protection thermique numérique disposant d’une électronique et d’un microprocesseur, il est possible d’aller plus loin et de ne pas se limiter à la protection moteur. Beaucoup d’autres protections utiles sont disponibles à partir des informations de courant et de tension.

Par exemple, la protection de déséquilibre de phases, les protection sur ou sous courant, sur ou sous puissance, l’inversion de phase, la détection d’un démarrage trop long ou la limitation du nombre de démarrages dans une période de temps… La liste est longue !

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