Apprenez les règles pour le dimensionnement de la protection contre les surcharges pour les moteurs de plus de 1 CV.
Un moteur délivrant plus de sa puissance nominale en chevaux-vapeur consommera plus de courant et risque de surchauffer, ce qui peut endommager l’appareil. La Partie III du Code National Électrique exige que les dispositifs de surcharge déconnectent le moteur si la surcharge est suffisamment grande et durable pour nuire à l’appareil. Le dispositif de surcharge déconnectera également le moteur s’il ne parvient pas à démarrer.
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Partie III Protection contre les surcharges des moteurs et des circuits de branchement
Selon l’Article 100 du Code National Électrique, « Définitions », une surcharge est le fonctionnement d’un équipement au-delà de sa capacité maximale ou d’un conducteur au-dessus de sa capacité de courant nominal qui causerait des dommages ou une surchauffe dangereuse si cela persiste pendant un temps suffisant.
Le Code dicte des règles concernant le dimensionnement du dispositif de surcoupure pour la protection contre les surcharges de moteur. Ces règles visent à protéger les éléments du circuit de branchement, y compris le moteur lui-même, contre une chaleur excessive due à une surcharge. La surcharge varie au-dessus du courant maximal jusqu’au courant de rotor bloqué. Si la surcharge persiste assez longtemps, elle endommagera ou produira une surchauffe dangereuse des appareils.
- Les courts-circuits et les défauts à la terre sont des surcourants mais ne sont pas des surcharges.
Les fusibles, les disjoncteurs et certains relais de surcharge offrent une protection contre les surcharges.
Les fusibles à double élément avec délai de déclenchement sont pratiques pour les applications de moteurs car ils offrent une protection contre les surcharges, les courts-circuits et les défauts de terre.
Pendant la période de démarrage — quelques secondes — un moteur consomme un courant plusieurs fois sa valeur nominale. Après cela, le courant redescend souvent en dessous du courant nominal, en fonction de la charge du moteur.
Un fusible ordinaire sautera très probablement pendant cette période de démarrage. Les fusibles à délai de déclenchement ne sautent pas rapidement comme les fusibles ordinaires en cas de courants de surcharge élevés, mais sautent en cas de petites surcharges continues et instantanément lors de courts-circuits et de défauts à la terre.
La figure 1 montre un emplacement pour la protection contre les surcharges du moteur dans un circuit de branchement de moteur.
Figure 1. Un emplacement pour la protection contre les surcharges du moteur dans un circuit de branchement. Image utilisée avec la permission de Lorenzo Mari
Section 430.31 du Code National Électrique – Généralités
La Partie III régit les dispositifs de surcharge pour protéger les moteurs, les appareils de contrôle des moteurs et les conducteurs du circuit de branchement contre les surcharges et l’échec de démarrage.
Section 430.31(A) Où des dangers existent
- Ne pas appliquer les dispositions de la Partie III lorsque la perte de puissance causée par la protection contre les surcharges créerait un danger.
- Un exemple typique de cette situation est les pompes à incendie. L’article 695 contient des exigences détaillées pour l’installation des pompes à incendie.
- La norme NFPA 20, « Norme pour l’installation de pompes stationnaires de protection contre l’incendie », fournit des exigences approfondies pour la sélection et l’installation des pompes à incendie.
Il n’y a pas d’exigence de fournir une protection contre les surcharges pour les pompes à incendie. Lorsqu’il s’agit d’une situation d’urgence importante, il serait peu pratique de stopper les pompes à incendie à cause d’une surcharge. Cependant, elles nécessitent une protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre pour empêcher ces défauts d’aggraver la situation.
Section 430.31(B) Ne pas dépasser 1 kV
- Ne pas appliquer les dispositions de la Partie III aux circuits de moteur dont la tension nominale dépasse 1 kV.
- Consulter la Partie XI pour les cas supérieurs à 1 kV.
Section 430.32 du Code National Électrique – Moteurs à service continu
Section 430.32(A) Plus de 1 CV
- Protéger contre les surcharges par l’une des méthodes des sections 430.32(A)(1) à (4).
Section 430.32(A)(1) Dispositif de surcharge séparé
- Choisir le dispositif pour qu’il se déclenche à pas plus que les pourcentages suivants du courant nominal à pleine charge du moteur indiqué sur la plaque signalétique :
Moteurs avec un facteur de service marqué à 1.15 ou supérieur………………125%
Moteurs avec une élévation de température marquée de 40°C ou moins……………125%
Tous les autres moteurs…………………………………………………………115%
- Les moteurs non marqués avec un facteur de service ou une élévation de température sont classés comme « tous les autres moteurs ».
Notez que cette règle exige d’utiliser le courant nominal à pleine charge indiqué sur la plaque signalétique du moteur pour sélectionner la protection contre les surcharges plutôt que les valeurs de courant à pleine charge des Tables 430.247 à 430.250.
Il est nécessaire de connaître le facteur de service et les valeurs d’élévation de température du moteur pour appliquer ce tableau.
Les plaques signalétiques des moteurs indiquent un « facteur de service » compris entre 1.00 et 1.35. Un facteur de service de 1.00 signifie qu’un moteur situé dans un endroit où la température ambiante ne dépasse pas 40°C peut fournir sa puissance en chevaux-vapeur en continu sans dommage.
Si le facteur de service est de 1.15, vous pouvez utiliser le moteur jusqu’à 1.15 fois sa puissance nominale dans les mêmes conditions. Multipliez la puissance nominale en chevaux-vapeur par le facteur de service pour obtenir la puissance maximale du moteur sans provoquer de surchauffe.
Le facteur de service fournit une puissance supplémentaire temporaire – une marge de sécurité où la charge peut légèrement dépasser la valeur nominale – mais le moteur fonctionne plus efficacement et dure plus longtemps s’il fonctionne à sa puissance nominale ou moins.
Exemple 1 : Quelle est la puissance maximale d’un moteur de 5 CV avec un facteur de service de 1.15 ?
Solution :
Multipliez la puissance nominale par 115%.
5 CV x 1.15 = 5.75 CV
L’élévation de température est la différence entre la température des enroulements du moteur et celle de l’environnement lors de son fonctionnement à pleine charge et à tension nominale – c’est aussi une marge de sécurité. Un moteur avec une élévation de température de 40°C ne dépassera pas 40°C au-dessus de sa température ambiante nominale.
- Si l’élévation de température ne dépasse pas 40°C et que le facteur de service n’est pas inférieur à 1.15, dimensionnez la surcharge à 125% du courant nominal à pleine charge indiqué sur la plaque signalétique.
- Si l’élévation de température est supérieure à 40°C ou si le facteur de service est inférieur à 1.15, dimensionnez la surcharge à 115%. Ce moteur relève de la catégorie « tous les autres moteurs ».
La figure 2 montre un agencement simplifié utilisé dans les exemples 2 à 7, qui utilise un fusible à double élément avec délai de déclenchement pour la protection contre les surcharges du moteur.
Figure 2. Dispositif pour les exemples 2 à 7. Image utilisée avec la permission de Lorenzo Mari
Exemple 2 : Dimensionnez le fusible pour la protection contre les surcharges d’un moteur monophasé de 3 CV, 115 V avec un courant nominal à pleine charge de 32 A et une élévation de température de 40°C.
Solution :
Multipliez le courant nominal à pleine charge par 125%.
32 A x 1.25 = 40 A
Utilisez un fusible à double élément avec délai de déclenchement de 40 A selon le tableau 240.6(A).
Exemple 3 : Dimensionnez le fusible pour la protection contre les surcharges d’un moteur monophasé de 3 CV, 115 V avec un courant nominal à pleine charge de 32 A et un facteur de service de 1.10.
Solution :
Classez cette unité comme « tous les autres moteurs ». Multipliez le courant nominal à pleine charge par 115%.
32 A x 1.15 = 36.8 A
Utilisez un fusible à double élément avec délai de déclenchement de 35 A selon le tableau 240.6(A)
Supposons que la valeur calculée ne corresponde pas à une valeur standard ou soit insuffisante pour démarrer le moteur ou maintenir la charge. Des valeurs plus élevées sont permises mais ne doivent pas dépasser les pourcentages indiqués dans la Section 430.32(C), comme suit :
Moteurs avec un facteur de service marqué de 1.15 ou supérieur………………140%
Moteurs avec une élévation de température marquée de 40°C ou moins……………140%
Tous les autres moteurs…………………………………………………………130%
Un dispositif choisi selon les pourcentages ci-dessus ne fournit pas nécessairement une protection adéquate du circuit de branchement. Dans la pratique, ajustez le dispositif au plus bas possible tout en étant capable de supporter le courant de démarrage du moteur.
Exemple 4 : Vérifiez si, dans l’exemple 3, la taille supérieure du fusible est adéquate.
Solution :
Multipliez le courant nominal à pleine charge par 130%.
32 A x 1.30 = 41.6 A
Utiliser un fusible à double élément avec délai de déclenchement de 40 A dans l’exemple 3 est acceptable.
Exemple 5 : Trouvez la taille maximale du fusible pour la protection contre les surcharges du moteur dans l’exemple 2.
Solution :
Multipliez le courant nominal à pleine charge par 140%.
32 A x 1.40 = 44.8 A
Ne dépassez pas cette valeur de courant. Abaissez au size supérieur le plus proche et conservez le fusible de 40 A.
Exemple 6 : Dimensionnez le fusible pour la protection contre les surcharges d’un moteur monophasé de 3 CV, 115 V avec un courant nominal à pleine charge de 32 A, un facteur de service de 1.12, et une élévation de température de 41°C.
Solution :
Classez cette unité comme « tous les autres moteurs ». Multipliez le courant nominal à pleine charge par 115%.
32 A x 1.15 = 36.8 A
Utilisez un fusible à double élément avec délai de déclenchement de 35 A selon le tableau 240.6(A)
Parfois, les données de plaque signalétique des moteurs sont inconnues pendant la phase de conception. Dans ces cas, vous pouvez utiliser les données des Tables 430.247 à 430.250.
Exemple 7 : Sans connaître les données de la plaque signalétique, trouvez la taille maximale du fusible pour la protection contre les surcharges du moteur dans l’exemple 2.
Solution :
Accédez à la Table 430.248 avec 3 CV et lisez que le courant à pleine charge = 34 A dans la colonne 115 V.
Multipliez le courant à pleine charge par 140%.
34 A x 1.40 = 47.6 A
Ne dépassez pas cette valeur de courant. Abaissez au size supérieur le plus proche et utilisez un fusible de 45 A.
Section 430.32(A)(2) Protecteur thermique ou protégé électroniquement
Le Code approuve les protecteurs thermiques intégrés au moteur et les moteurs protégés électroniquement.
- Le courant de déclenchement ultime d’un moteur protégé thermiquement ou électroniquement ne doit pas dépasser les pourcentages suivants des courants à pleine charge listés dans les tableaux 430.248 à 430.250 :
Courant à pleine charge moteur ≤ 9 A…………………………………………170%
Courant à pleine charge moteur ≥ 9.1 A et ≤ 20 A……………………156%
Courant à pleine charge moteur > 20 A…………………………………140%
Les protecteurs thermiques et électroniques sont une protection suffisante contre les surcharges – aucun autre moyen n’est nécessaire.
Section 430.32(A)(3) Intégré au moteur
Si le moteur fait partie d’un ensemble approuvé qui n’est pas habituellement soumis à des surcharges, le NEC permet qu’un dispositif de protection intégré au moteur protège contre les dommages dus à un échec de démarrage.
Section 430.32(A)(4) Plus de 1500 CV
Cette section permet l’utilisation de détecteurs de température intégrés dans des moteurs ayant une puissance nominale supérieure à 1500 CV.
Les détecteurs de température sont intégrés dans le moteur et généralement placés entre les côtés de la bobine près de la région la plus chaude du noyau. Cette méthode donne des lectures de température plus proches du maximum.
La sortie des détecteurs de température intégrés interrompt le courant vers le moteur lorsqu’il atteint une élévation de température supérieure à celle marquée sur la plaque signalétique à une température ambiante de 40°C.
La figure 3 montre un exemple d’un détecteur de température à résistance (RTD).
Un RTD est un appareil de détection de température passif qui tire parti de la variation de la résistance d’un métal avec la température.
Figure 3. RTD de bobinage. Image utilisée avec la permission de Stamford-avk
Points clés pour le dimensionnement de la protection contre les surcharges
- Les dispositifs de protection contre les surcharges aident à protéger les moteurs contre les brûlures dues à des occurrences provoquant un excès de courant dangereux, comme le surchargement, le manque d’huile, les courroies trop tendues, les roulements usés, la single-phasing et les rotors bloqués.
- Les dispositifs de protection contre les surcharges protègent non seulement les moteurs, mais aussi le contrôleur, les conducteurs et d’autres composants du circuit de branchement.
- Le dimensionnement des dispositifs doit être en fonction des pourcentages indiqués dans les sections 430.32(A)(1), (A)(2) et 430.32(C).
- Connaître le facteur de service et l’élévation de température du moteur est essentiel pour appliquer les pourcentages ci-dessus. S’ils sont inconnus, utilisez les pourcentages « tous les autres moteurs ».
- Les sections 430.32(A)(1) et 430.32(C) exigent le courant nominal de la plaque signalétique pour dimensionner la protection contre les surcharges du moteur.
- La section 430.32(A)(2) exige le courant à pleine charge indiqué dans les tableaux 430.248, 249 et 250 pour dimensionner la protection contre les surcharges du moteur.