1. Introduction
En août 2023, sur l'un des ateliers d'une entreprise ukrainienne de l'industrie alimentaire, une situation critique s'est produite : le moteur principal de la ligne de conditionnement s'arrêtait toutes les 4 à 6 heures en raison de la déclenchement du relais thermique de protection. Le personnel technique a remplacé le contacteur dans l'ensemble trois fois durant la semaine, mais le problème persistait. Ces arrêts ne réduisent pas seulement l'efficacité globale de l'équipement (OEE), mais entraînent également un thermo-cyclage des enroulements du moteur électrique, réduisant ainsi leur durée de vie. Notre tâche en tant qu'ingénieurs de l'entreprise UNITEC-D GmbH consiste à mener une enquête systématique des causes premières conformément à la méthodologie d'analyse des pannes.
2. Aperçu du composant et des conditions d'exploitation
Relais thermique destiné à protéger les moteurs asynchrones contre le surcharge, la coupure de phase et l'asymétrie des courants. Il est situé dans la boîte de commande en énergie, immédiatement après le contacteur de courant alternatif. Dans ce système, un moteur de puissance nominale 15 kW (400 V, 28,5 A) est utilisé, travaillant en mode répétitif à court terme S3 (P.V. 40 %).
L'entretien mécanique est assuré par un réducteur à haute précision et un unité de broche, où les éléments clés de rotation sont des roulements à billes radiaux à faible raideur, tels que SKF 7007 CD/P4ADGA, conçus pour des charges axiales et radiales élevées à des vitesses maximales de 12 000 tr/min. Tout déviation dans la partie électrique ou mécanique est immédiatement reflété sur le profil de consommation d'énergie.
3. Preuves de défaillance et collecte de données
Pendant l'intervention sur site, les spécialistes de notre service technique ont effectué un ensemble d'actions diagnostiques. Les paramètres suivants ont été enregistrés :
- Courant de travail réel en mode stable : 26,2 A (inférieur à la valeur nominale du relais 29,0 A).
- Température de l'air à l'intérieur de la boîte de distribution : +52 °C (à la température normale de calibration du relais +20 °C conformément à EN 60947-4-1).
- Amplitude de vibration sur le carter d'arbre à billes du moteur (ISO 10816-3) : 1,8 mm/s (dans la plage normale pour la zone de classe II).
- Thermogramme des plaques bimétalliques du relais : surchauffe locale des groupes de contacts détectée jusqu'à +78 °C.
Remarque du directeur technique : « Les dispositifs de protection réagissent souvent non pas à la surcharge du moteur, mais à la modification du milieu physique à l'intérieur des boîtiers de commande compactes pendant la période estivale. »
4. Analyse systématique des causes premières (Méthode 5 Pourquoi)
- Pourquoi le relais thermique s'active-t-il ? Car les plaques bimétalliques se courbent jusqu'à la position critique d'ouverture en raison d'une déperdition thermique excessive.
- Pourquoi trop de chaleur est-elle dégagée ? En raison d'un courant de démarrage élevé et d'une température ambiante augmentée dans la boîte de commande.
- Pourquoi la température dans la boîte dépasse-t-elle la valeur de conception de +35 °C ? Le système de ventilation forcée (ventilateurs filtres) a une capacité insuffisante en raison de la saleté du poussière.
- Pourquoi les filtres sont-ils bouchés avant la date prévue ? Le planning d'entretien n'a pas pris en compte l'augmentation saisonnière de la concentration des matières pulvérulentes dans l'atelier.
- Pourquoi le choix de l'équipement n'a-t-il pas pris en compte le coefficient de température ? Lors du dimensionnement de la boîte de commande, aucune correction n'a été appliquée au courant nominal du relais en conformité avec EN 60947-4-1 aux températures supérieures à +20 °C.
5. Causes premières identifiées (Liste classée)
| Cause première | Probabilité | Preuves |
|---|---|---|
| 1. Drift thermique dus au chauffage de la chaudière | 65% | Température dans le boîtier +52 °C ; absence de compensation thermique dans la série de relais choisie. |
| 2. Non-conformité du profil de démarrage (classe de coupure) | 20 % | Les démarrages fréquents en mode S3 provoquent un accumulé de chaleur plus rapidement que le refroidissement du bimétal. |
| 3. Calcul incorrect de la valeur nominale (erreur de sélection) | 15 % | Choix de la valeur de réglage sans prise en compte des caractéristiques de démarrage du mécanisme à unité de broche. |
6. Actions correctives et préventives
Pour résoudre la panne actuelle et prévenir de tels incidents à l'avenir, un plan d'actions a été élaboré :
- Remédiation immédiate : Un module supplémentaire de conditionnement de la boîte de commande a été installé et la température interne a été réduite à +28 °C. La plaque du relais thermique a été recalculée en tenant compte des nouvelles exigences DSTU EN 60947-4-1.
- Prophylaxie à long terme : Passage aux relais de surcharge électroniques avec fonctionnalité étendue et indépendance par rapport à la température ambiante dans la plage de -20 °C à +60 °C.
7. Liste de vérification rapide pour le personnel technique
Utilisez cette liste de vérification directement en usine sur tablette pendant la vérification de la boîte de commande :
- [ ] Mesurer la température de l'air à l'intérieur de la boîte de commande (norme : jusqu'à +35 °C).
- [ ] Vérifier l'état des filtres de ventilation forcée et les nettoyer à l'air comprimé si nécessaire.
- [ ] Mesurer les courants de phase à l'aide de courbateurs de courant sous charge.
- [ ] Vérifier le moment de serrage des bornes d'alimentation (moment recommandé selon le manuel — 2,5 Nm).
- [ ] Comparer la valeur réelle de la borne du relais avec les données du moteur électrique figurant dans le passeport.
- [ ] Évaluer l'état des surfaces de contact en présence de traces d'oxydation ou de brûlures.
- [ ] Vérifier l'intégrité de l'isolation des lignes câblées et l'absence de microfissures.
- [ ] Vérifier la présence de vibrations externes sur le mécanisme de transmission de rotation.
8. Stratégie de prévention des pannes
Pour atteindre l'indicateur MTBF au niveau supérieur à 50 000 heures de fonctionnement sans interruption, il est nécessaire d'appliquer ce qui suit :
- Contrôle thermique régulier des connexions de contact de l'appareillage de commutation (tous les 3 mois).
- Contrôle de la propreté des filtres d'air des boîtiers de commande chaque mois.
- L'utilisation de composants d'origine et de composants tournants éprouvés (par exemple, roulements SKF 7007 CD/P4ADGA pour assurer la précision des arbres et l'absence de frottements mécaniques superflus).
9. Conclusion
Les déclenchements intempestifs des relais thermiques sont presque toujours le résultat de défauts dans le dimensionnement du système de refroidissement de la boîte de commande ou d'erreurs dans le choix des corrections thermiques. Une approche systématique d'analyse de l'environnement et des paramètres du courant permet d'éliminer complètement les arrêts d'équipement. Notre entrepôt dispose d'un assortiment complet d'appareils de commutation certifiés, de composants électrotechniques et de pièces précises. Consultez les caractéristiques techniques et passez votre commande via UNITEC-D E-Catalog.
10. Références
- DSTU EN 60947-4-1:2014 Appareils de distribution et de commande à basse tension. Partie 4-1. Contacteurs et moteurs de démarrage.
- ISO 10816-3:2009 Vibrations. Évaluation de la vibration des machines par mesures sur les parties non tournantes.
- Catalogue général SKF : Manuel technique des roulements de précision.
- IEEE Std 141-1993 IEEE Guide pour la distribution d'énergie électrique dans les installations industrielles.
