Introduction
Les déclenchements intempestifs des relais thermiques sont un problème courant mais coûteux dans les systèmes de commande de moteurs industriels. Lors d'un récent incident survenu dans une usine de fabrication au Royaume-Uni, un relais thermique REXROTH ABZMS-35-1X/120F s'est déclenché à plusieurs reprises pendant le fonctionnement normal, provoquant des temps d'arrêt imprévus et des pertes de production. Le symptôme de défaillance (déclenchements fréquents sans surcharge apparente) a déclenché une enquête détaillée sur les causes profondes afin d'identifier et de résoudre les problèmes sous-jacents.
Présentation des composants
Le REXROTH ABZMS-35-1X/120F est un relais thermique conçu pour la protection des moteurs dans les environnements industriels. Il est conçu pour un courant maximum de 120 A et fonctionne dans une plage de température ambiante de -25°C à +55°C. Le relais est installé dans un panneau de commande et est utilisé pour surveiller la charge thermique sur un moteur triphasé, généralement dans des applications telles que les pompes, les compresseurs et les systèmes de convoyeurs.
Preuve d'échec
Au cours de l'enquête, les éléments de preuve suivants ont été observés :
- Déclenchements répétés : Le relais s'est déclenché 12 fois sur une période de 16 heures, alors que le moteur ne dépassait pas 110 % de sa charge nominale.
- Conditions environnementales : La température ambiante dans le panneau de commande a été mesurée à 48 °C, dépassant la limite de fonctionnement maximale du relais de 13 °C.
- Données de vibration : L'analyse des vibrations a révélé une augmentation de 12 % de l'amplitude au niveau du boîtier du relais, probablement en raison des contraintes mécaniques exercées par les machines à proximité.
- Inspection visuelle : Le boîtier du relais présentait des signes de surchauffe, notamment une décoloration et une légère déformation du boîtier.
- Mesures de courant : À l'aide d'un analyseur Fluke 434 II, le courant du moteur a été enregistré à 112 A, bien dans la capacité nominale du relais.
Enquête sur les causes profondes
L'enquête sur les causes profondes a utilisé une analyse structurée d'arbre de défaillances (FTA) pour identifier les facteurs contribuant au déclenchement intempestif. Les questions suivantes ont guidé l’enquête :
- Pourquoi le relais s'est-il déclenché alors que le moteur n'était pas surchargé ?
- Quels facteurs environnementaux pourraient influencer les performances du relais ?
- Le relais est-il correctement dimensionné pour le moteur et l'application ?
- Y a-t-il des interférences mécaniques ou électriques affectant le fonctionnement du relais ?
Causes profondes identifiées
Sur la base de l’enquête, les causes profondes suivantes ont été identifiées et classées par probabilité et preuves à l’appui :
- Overheating due to ambient temperature: The ambient temperature in the control panel exceeded the relay’s maximum operating limit, causing the thermal element to activate prematurely. Ceci est confirmé par les mesures du thermocouple et l'inspection visuelle du boîtier du relais.
- Incorrect relay sizing: The relay was rated for a 120A motor, but the actual motor current was measured at 112A, suggesting a possible undersizing or misapplication. Cela a été confirmé par un examen de la plaque signalétique du moteur et de la fiche technique du relais.
- Mechanical stress from vibration: The vibration data indicated a 12% increase in amplitude, which could cause mechanical misalignment or stress on the relay’s internal components, leading to false tripping. Ceci a été corroboré par une analyse des vibrations à l'aide d'un analyseur Keysight 35670A.
- Installation ou montage incorrect : Le relais n'a pas été correctement monté, ce qui a entraîné une mauvaise dissipation thermique et une augmentation de la charge thermique. Cela a été identifié grâce à une inspection visuelle et à la mesure du jeu de montage du relais.
Actions correctives
Les mesures correctives suivantes ont été recommandées pour remédier aux causes profondes :
- Install an ambient temperature control system: A forced-air cooling system was recommended to maintain the control panel temperature within the specified range of -25°C to +55°C. Cela inclut l'utilisation de dissipateurs thermiques et de thermocouples pour une surveillance continue.
- Replace the relay with a properly sized unit: The relay was replaced with a REXROTH ABZMS-35-1X/120F model that matches the motor’s rated current and environmental conditions. Cela garantit une protection thermique précise.
- Isolez les vibrations : Le relais a été monté sur des supports amortisseurs de vibrations pour réduire les contraintes mécaniques. Cela a été vérifié à l’aide d’un outil d’analyse vibratoire avant et après l’installation.
- Améliorez les pratiques d'installation : Le relais a été remonté avec des dégagements et des chemins de dissipation thermique appropriés. Cela a été confirmé par une inspection visuelle et une mesure de la température à l’aide d’un thermomètre infrarouge.
Liste de contrôle de diagnostic rapide
La liste de contrôle suivante peut être utilisée par les techniciens de maintenance sur le terrain pour diagnostiquer et résoudre rapidement les problèmes de déclenchement intempestif des relais thermiques :
- Mesurez la température ambiante dans le panneau de commande à l'aide d'un thermocouple. Assurez-vous qu'il se situe entre -25°C et +55°C.
- Vérifiez le courant du moteur à l'aide d'une pince multimètre. Assurez-vous qu’il ne dépasse pas 110 % du courant nominal du relais.
- Inspectez le relais pour détecter tout signe de surchauffe, tel qu'une décoloration ou une déformation.
- Mesurez l'amplitude des vibrations à l'aide d'un analyseur de vibrations. Assurez-vous qu’il se situe dans des limites acceptables (augmentation ≤ 12 %).
- Vérifiez le montage et le dégagement du relais. Assurez-vous qu’il n’y a pas de contrainte mécanique ou d’obstruction.
- Consultez la fiche technique du relais pour confirmer qu'il est correctement dimensionné pour le moteur et l'application.
- Installez un système de surveillance de la température si les températures ambiantes sont constamment supérieures à la limite de fonctionnement du relais.
- Remplacez le relais par un modèle qui correspond au courant nominal et aux conditions environnementales du moteur.
- Utilisez des supports amortisseurs de vibrations pour réduire les contraintes mécaniques sur le relais.
- Effectuez une analyse d'imagerie thermique du panneau de commande pour identifier toute accumulation de chaleur ou problème d'isolation.
- Consultez la documentation d’installation du relais pour garantir un montage et une dissipation thermique appropriés.
- Documentez toutes les conclusions et actions correctives pour référence future et conformité.
Stratégie de prévention
Pour éviter de futurs déclenchements intempestifs de relais thermiques, la stratégie de prévention suivante est recommandée :
- Intervalles de maintenance réguliers : Planifiez des inspections périodiques du panneau de commande et du relais pour garantir un bon fonctionnement et des conditions environnementales. Cela doit être fait tous les 6 mois ou comme spécifié dans le manuel de maintenance du relais.
- Surveillance des conditions : Mettez en œuvre un système de surveillance des conditions qui comprend des capteurs de température et de vibrations. Cela permet une détection précoce des conditions anormales et une maintenance proactive.
- Améliorations de la conception : Repensez le panneau de commande pour inclure une meilleure dissipation de la chaleur, comme une ventilation ou des dissipateurs de chaleur supplémentaires. Cela réduit le risque de surchauffe et prolonge la durée de vie du relais.
- Formation et documentation : Offrez une formation au personnel de maintenance sur l'installation, le dimensionnement et le dépannage appropriés des relais. Assurez-vous que toute la documentation est à jour et accessible pour référence.
Conclusion avec le CTA
Les déclenchements intempestifs des relais thermiques peuvent constituer un défi important dans les systèmes de commande de moteurs industriels, mais avec une approche systématique de l'analyse des causes profondes et des actions correctives, ils peuvent être efficacement atténués. Un dimensionnement approprié, un contrôle environnemental et une isolation mécanique sont essentiels pour garantir un fonctionnement fiable. Pour les pièces de rechange et les composants préventifs, visitez le catalogue électronique UNITEC-D pour trouver les solutions adaptées à votre application.
Références
- ANSI/IEEE C57.91-2020 : Guide pour l'application des transformateurs
- ASME B31.3-2020 : Tuyauterie de processus
- NFPA 70-2023 : Code national de l'électricité (NEC)
- Manuel technique REXROTH ABZMS-35-1X/120F
- Manuel d'analyse des échecs, 3e édition
- IEC 60947-4-1 : Appareillage basse tension – Partie 4-1 : Contacteurs et démarreurs-moteurs
- ISO 5344 : 2016 : Surveillance de l'état et diagnostic des machines
- UL 508A : Norme de sécurité pour les panneaux de commande industriels
