Imaginez un moteur de précision de grande valeur souffrant silencieusement d'une surcharge, ignorant qu'il pourrait tomber en panne de manière catastrophique à tout moment en raison d'un court-circuit ou d'une défaillance à la terre. Votre installation est-elle vulnérable à de tels risques ? En tant que "cœur" des opérations industrielles, les moteurs nécessitent une protection robuste pour des performances sûres et stables. Cet article examine la conception de la protection contre les surintensités des circuits de dérivation des moteurs individuels basée sur le National Electrical Code (NEC) de 2020, fournissant des connaissances essentielles pour prévenir les pannes de moteur avant qu'elles ne se produisent.

La conception du circuit du moteur est un processus d'ingénierie systématique qui fonctionne comme le système circulatoire humain, fournissant de l'énergie en toute sécurité et efficacement pour alimenter les opérations industrielles. Un système complet de protection contre les surintensités est essentiel pour des performances fiables du moteur. Un circuit de moteur typique comprend plusieurs composants critiques, chacun remplissant des fonctions de protection spécifiques.

Le dispositif de protection contre les surcharges du moteur sert de première ligne de défense. Agissant comme un gardien vigilant, il surveille en permanence le fonctionnement du moteur pour éviter les dommages causés par des charges excessives. Selon le NEC 430.31, les dispositifs de protection contre les surcharges doivent :

• Prévenir la surchauffe du moteur : Lorsque les moteurs fonctionnent au-dessus de leur capacité nominale pendant des périodes prolongées, une chaleur excessive peut dégrader l'isolation et provoquer des défaillances des enroulements. La protection contre les surcharges interrompt l'alimentation avant que des dommages thermiques ne se produisent.
• Protéger les conducteurs du circuit : Les conditions de surintensité menacent le câblage du circuit de dérivation. Une protection adéquate contre les surcharges empêche la surchauffe des conductteurs et les risques potentiels d'incendie.
• Résoudre les difficultés de démarrage : Au démarrage, les moteurs doivent surmonter le frottement statique. La protection contre les surcharges surveille le courant de démarrage et coupe l'alimentation si les moteurs ne démarrent pas normalement, évitant ainsi les conditions de rotor bloqué.

Le NEC 430.32(A)(1) spécifie des calibres de protection contre les surcharges entre 115 % et 125 % du courant à pleine charge du moteur. Pour les conditions de démarrage difficiles ou les charges variables, les calibres peuvent augmenter jusqu'à 130 % ou 140 % (NEC 430.32(C), 430.6(A)(2)).

Les courts-circuits (défauts phase-à-phase ou phase-à-neutre) et les défauts à la terre (défauts phase-à-enveloppe) représentent les risques électriques les plus graves. Ces défauts génèrent des courants extrêmes qui peuvent détruire l'équipement et créer des risques d'incendie ou de choc.

Les dispositifs de protection des circuits de dérivation doivent interrompre rapidement les courants de défaut tout en résistant aux surtensions de démarrage du moteur (NEC 430.52). Ces dispositifs servent de protection ultime pour les moteurs et le personnel.

Le NEC 430.22 exige que les conducteurs de circuit de dérivation pour les moteurs à service continu aient une ampacité d'au moins 125 % du courant à pleine charge du moteur. Pour un moteur de 10 A, les conducteurs doivent supporter au moins 12,5 A. Les tableaux NEC 430.247-250 fournissent des valeurs de courant à pleine charge pour une sélection appropriée des conducteurs.

Le NEC autorise quatre types de dispositifs pour la protection des circuits de dérivation des moteurs :

1. Fusibles sans temporisation : Réponse rapide mais sujets à des déclenchements intempestifs lors des démarrages du moteur
2. Fusibles à double élément (à temporisation) : Résistent aux courants de démarrage tout en offrant une protection fiable
3. Disjoncteurs à déclenchement instantané : Fonctionnement ultra-rapide pour les applications critiques (doivent être réglables et faire partie d'un démarreur combiné)
4. Disjoncteurs à temps inverse : Choix courant équilibrant la vitesse de protection et la tolérance au courant de démarrage

Les courants de démarrage du moteur atteignent généralement 6 à 8 fois le courant à pleine charge. Le NEC 430.52(B) exige que les dispositifs de protection résistent à ces courants d'appel sans fonctionnement intempestif.

En utilisant les pourcentages du tableau NEC 430.52, les calibres maximaux des dispositifs sont égaux au courant à pleine charge du moteur multiplié par le pourcentage approprié. Par exemple, un moteur de 10 A avec un disjoncteur à temps inverse :

10A × 250% = 25A maximum

Lorsque les calculs ne correspondent pas aux calibres standard, l'exception n° 1 du NEC 430.52(C)(1) permet de sélectionner la valeur standard supérieure suivante.

Pour les moteurs difficiles à démarrer ou les charges variables, l'exception n° 2 du NEC 430.52(C)(1) et l'exception n° 1 du 430.52(C)(3) autorisent des réglages de protection ajustés tout en maintenant la sécurité.

Remarque : Les pourcentages s'appliquent aux moteurs à haut rendement de conception B.

Considérez un moteur à cage d'écureuil de conception B, triphasé, de 25 ch, 460 V, avec un courant de plaque signalétique de 32 A et un facteur de service de 1,15.

Du tableau NEC 430.250 : Courant à pleine charge de 34 A × 125 % = ampacité minimale des conducteurs de 43 A

Courant de plaque signalétique 32 A × 125 % = 40 A maximum

Si nécessaire : 32 A × 140 % = 44,8 A (NEC 430.32(C))

Fusibles à temporisation :

• 34 A × 175 % = 59,5 A → Sélectionner 60 A standard
• Maximum d'exception : 34 A × 225 % = 76,5 A → Sélection finale : 70 A

Disjoncteurs à temps inverse :

• 34 A × 250 % = 87,5 A → Sélectionner 90 A standard
• Maximum d'exception : 34 A × 400 % = 136 A → Sélection finale : 125 A

Une protection efficace contre les surintensités des moteurs nécessite une conception minutieuse conformément aux normes NEC. Une sélection appropriée des dispositifs, un entretien régulier et le respect des exigences du code garantissent la fiabilité du moteur tout en minimisant les risques de défaillance et en améliorant la sécurité opérationnelle.