Mise en service d'un départ variateur : protection, câblage et déclenchement du différentiel
Le chef de chantier d'une usine agroalimentaire met en service un convoyeur entraîné par un moteur asynchrone tétrapolaire 400 V, 5,5 kW, cos φ = 0,83, rendement 0,87. Le moteur est alimenté par un variateur placé dans une armoire distante de 45 m ; le câble moteur chemine sur chemin de câbles perforé avec d'autres circuits, dans une ambiance à 35 °C. Le schéma prévoit un sectionneur porte-fusibles, un contacteur de ligne commandé par un relais de sécurité, le variateur, un arrêt d'urgence à coupure directe et un interrupteur différentiel 30 mA de type AC en tête du départ. Dès la première mise en service, le différentiel déclenche de façon aléatoire en fonctionnement, jamais à l'arrêt, et plus souvent à basse fréquence. Le variateur a été livré avec son filtre CEM intégré et un câble moteur non blindé a été utilisé pour tenir le délai. Le client exige la conformité NF C 15-100 et un dossier de recette complet.
1. Calculer le courant de ligne absorbé et vérifier le dimensionnement du câble en 2,5 mm² cuivre (mode de pose sur chemin perforé, courant admissible 24 A) sur les 45 m, puis conclure sur la section à retenir.
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Courant absorbé : P_abs = 5 500/0,87 = 6 322 W. I = P_abs/(√3·U·cos φ) = 6 322/(1,732 × 400 × 0,83) ≈ 11,0 A.
Tenue thermique : 24 A en mode de pose perforé, corrigé par la température (35 °C, facteur ≈ 0,94) donne ≈ 22,6 A, très supérieur à 11 A. La section 2,5 mm² est largement suffisante thermiquement.
Chute de tension : ΔU = √3·ρ·L·I/S = 1,732 × 0,01724 × 45 × 11,0/2,5 ≈ 5,9 V, soit 1,5 % de 400 V. La limite usuelle de 5 % du départ à l'utilisation, et la contrainte plus serrée de 3 % pour un variateur, sont respectées.
Conclusion : le 2,5 mm² convient électriquement. La section supérieure (4 mm²) ne se justifie que si le nombre de circuits regroupés impose un facteur de correction supplémentaire ou si l'on veut réduire les pertes. Le vrai point à corriger n'est pas la section mais le blindage : un câble moteur non blindé avec variateur et filtre CEM intégré est non conforme aux prescriptions CEM et explique les courants de fuite HF.
2. Expliquer l'origine des déclenchements du différentiel 30 mA type AC et proposer une correction conforme, sans supprimer la protection des personnes.
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Mécanisme : le variateur hache la tension, les fronts de commutation chargent les capacités parasites du câble et du filtre CEM vers la terre. Il circule donc des courants de fuite à haute fréquence, avec une composante continue possible en cas de défaut de l'onduleur. Or un différentiel de type AC ne détecte que le courant alternatif sinusoïdal à 50 Hz : il est insensible à ces composantes et peut déclencher sur les pics HF. Le non-blindage aggrave le phénomène en augmentant le rayonnement et en rendant les chemins de fuite imprévisibles.
Corrections : utiliser un câble moteur blindé, blindage serré à 360° aux deux extrémités (armoire et boîte à bornes) ; séparer le câble moteur des câbles de commande et de mesure ; raccourcir la liaison variateur-moteur ; vérifier le réglage de la fréquence de découpage ; remplacer le différentiel type AC par un type B (sensible aux composantes continues et HF), ou un type A-SI selon les préconisations du constructeur du variateur.
Sur le 30 mA : il n'est obligatoire en tête que pour les circuits de prises et certains locaux ; pour un départ moteur, un 300 mA type B peut assurer la protection contre les défauts à la terre, la protection des personnes restant assurée par la liaison équipotentielle et le régime de neutre. La décision doit être écrite et justifiée au dossier, pas improvisée sur le chantier.
3. Décrire la recette électrique du départ avant remise au client, en listant les essais et les documents attendus.
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Avant mise sous tension : contrôle visuel et respect du schéma, serrage des connexions, vérification des repères, continuité de la liaison équipotentielle et mesure de résistance de terre. Contrôle de l'isolement à 500 V entre phases, entre phase et terre, variateur déconnecté ou selon la procédure constructeur pour ne pas endommager les électroniques.
Sous tension : mesure de la tension d'alimentation et de l'ordre des phases ; vérification du sens de rotation à faible vitesse ; contrôle des courants dans les trois phases à charge nominale et comparaison avec l'attendu (≈ 11 A) ; vérification du courant de fuite à la terre.
Essais fonctionnels et de sécurité : arrêt d'urgence à l'arrêt et en mouvement, temps d'arrêt mesuré, essai des protections (relais de sécurité, barrière, capot), redémarrage après acquittement, comportement en surcharge et en défaut variateur.
Documents : schéma conforme et à jour, notes de calcul (courant, câble, protection), procès-verbaux d'essais datés et signés, relevés de mesure, fiche de réglage des paramètres variateur, attestation de conformité et notice d'exploitation remise au client.