Un atelier de placage a démarré sa cuve chaque matin en allumant un thermoplongeur en PTFE de 5 kW. Trois ou quatre matins sur cinq, le disjoncteur se déclenchait quelques secondes après le démarrage. Le chauffage a fonctionné normalement une fois le réservoir chaud. La maintenance a remplacé le disjoncteur deux fois, puis le radiateur une fois. Les voyages se sont poursuivis. Le problème ne venait ni du disjoncteur ni du chauffage. C'était la condition de démarrage à froid-.
Le démarrage à froid est le moment le plus stressant sur le plan électrique dans le cycle de fonctionnement d'un appareil de chauffage. L'élément de résistance est à température ambiante, l'isolation interne peut avoir absorbé de l'humidité pendant la nuit et le courant d'appel peut dépasser la valeur d'état stable-de 10 à 30 %. Pour les thermoplongeurs en PTFE, qui sont souvent installés dans des environnements humides et fonctionnent par intermittence, les démarrages à froid-sont un problème courant et souvent mal diagnostiqué.
Pourquoi la résistance au froid est inférieure à la résistance à la chaleur
Les alliages chauffants ont un coefficient de résistance à la température positif. La résistance augmente à mesure que l'élément chauffe. Un élément nichrome qui mesure 14,4 Ω à 20 degrés peut mesurer 15,5 à 16,0 Ω à la température de fonctionnement.
Au moment du démarrage, l'élément est à température ambiante. Sa résistance est au point le plus bas de sa plage de fonctionnement. Pour une tension d'alimentation fixe, une résistance plus faible signifie un courant plus élevé. Le courant d'appel au démarrage à froid peut être de 8 à 15 % supérieur au courant en régime permanent-à la température de fonctionnement. Dans certaines conceptions d'éléments présentant des coefficients de température élevés, la différence peut atteindre 20 à 30 %.
Le courant plus élevé est normal et bref. L'élément chauffe en quelques secondes, la résistance augmente et le courant tombe à l'état stable. Mais si le disjoncteur est dimensionné proche du courant de régime permanent, l'appel peut dépasser son seuil de déclenchement instantané.
| Température de l'élément | Résistance | Courant à 240V | Par rapport à l’état d’équilibre |
|---|---|---|---|
| 20 degrés (froid) | 14.4 Ω | 16.7 A | 108% |
| 100 degrés | 14.9 Ω | 16.1 A | 104% |
| 200 degrés | 15.4 Ω | 15.6 A | 101% |
| 400 degrés (en fonctionnement) | 15.6 Ω | 15.4 A | 100% |
Caractéristiques du courant de démarrage à froid-pour un thermoplongeur en PTFE typique de 4 kW et 240 V
Humidité dans l'isolation intérieure
Le deuxième problème-de démarrage à froid est l'humidité. L'oxyde de magnésium et les autres matériaux d'isolation interne sont hygroscopiques. Si le radiateur reste inactif pendant la nuit dans un environnement humide ou si le boîtier du terminal n'est pas scellé, l'humidité peut migrer dans l'isolation. Cela réduit la résistance d'isolation et peut créer un chemin conducteur partiel entre l'élément et la terre.
Lorsque l’alimentation est appliquée, l’humidité présente dans l’isolant commence à être conductrice. Le courant de fuite s'ajoute au courant de charge normal, augmentant ainsi le courant total traversant le disjoncteur. Dans les cas graves, le courant de fuite suffit à lui seul à déclencher un disjoncteur de fuite à la terre.
Au fur et à mesure que le radiateur se réchauffe, l'humidité est évacuée. La résistance d'isolement se rétablit et le courant de fuite diminue. C'est pourquoi les déclenchements se produisent souvent uniquement au démarrage à froid et disparaissent après quelques minutes de fonctionnement du chauffage.
| État d'isolation | Résistance d'isolation à 20 degrés | Courant de fuite à 240 V | Risque de déclenchement du disjoncteur |
|---|---|---|---|
| Chauffage sec et neuf | >500 MΩ | <1 μA | Aucun |
| Chauffage sec et vieilli | 100–500 MΩ | 1–2 μA | Très faible |
| Légère humidité | 10–50 MΩ | 5–24 μA | Faible à modéré |
| Humidité modérée | 1–10 MΩ | 24–240 μA | Modéré à élevé |
| Forte humidité | <1 MΩ | >240 μA | Haut |
Résistance d'isolement et courant de fuite au démarrage à froid pour les thermoplongeurs en PTFE
Disjoncteurs sous-dimensionnés et longs câbles
Le disjoncteur doit être dimensionné pour le courant permanent-de l'appareil de chauffage plus une marge pour les appels et les variations de tension. Pour un radiateur de 4 kW, 240 V consommant 16,7 A en régime permanent, un disjoncteur de 20 A est le minimum. Un disjoncteur de 25 A offre plus de marge pour les appels de démarrage à froid.
La chute de tension dans les longs câbles réduit la tension au niveau du radiateur, ce qui augmente le courant pour la même puissance de sortie. Une chute de tension de 5 % augmente le courant d'environ 5 %. Si le disjoncteur a été dimensionné sans tenir compte de la chute de tension, la combinaison de basse tension et d'appel de démarrage à froid - peut dépasser le seuil de déclenchement.
| Puissance du chauffage | Courant-état stable à 240 V | Disjoncteur minimum | Disjoncteur recommandé | Remarques |
|---|---|---|---|---|
| 2 kW | 8.3 A | 15 A | 15 A | Câbles courts |
| 3 kW | 12.5 A | 15 A | 20 A | Des passages de câbles modérés |
| 4 kW | 16.7 A | 20 A | 25 A | Longs parcours de câbles |
| 5 kW | 20.8 A | 25 A | 30 A | Longs parcours de câbles |
| 6 kW | 25.0 A | 30 A | 35 A | Longs parcours de câbles |
Recommandations en matière de dimensionnement des disjoncteurs pour les thermoplongeurs monophasés-en PTFE à 240 V
Distinguer les démarrages à froid-des autres défauts
Tous les démarrages à froid ne sont pas forcément liés à un problème de taille ou d'humidité. Le schéma des déplacements fournit des informations de diagnostic.
Un déclenchement qui se produit chaque matin au démarrage et ne se reproduit pas après la réinitialisation est caractéristique d'un appel de démarrage à froid ou d'humidité. Le radiateur est probablement sain, mais le disjoncteur ou l'installation est marginal.
Un déclenchement qui se produit au démarrage et se reproduit immédiatement après la réinitialisation indique un défaut majeur -un court-circuit, un défaut à la terre ou un élément défaillant. Le radiateur doit être testé avant de nouvelles tentatives de fonctionnement.
Un déclenchement qui se produit de manière aléatoire pendant le fonctionnement, et pas seulement au démarrage, indique un défaut en développement -une dégradation de l'isolation, une connexion lâche ou un contrôleur défaillant. Le radiateur doit être inspecté et testé.
Solutions pratiques pour les voyages-démarrés à froid
Augmentez la taille du disjoncteur à la valeur standard immédiatement supérieure à la valeur recommandée. Un disjoncteur de 25 A pour un appareil de chauffage de 4 kW offre une marge en cas d'appel de démarrage à froid sans compromettre la protection.
Vérifiez que la tension d'alimentation se situe dans les 5 % de la valeur indiquée sur la plaque signalétique aux bornes du radiateur. Si la chute de tension est excessive, augmentez la taille du conducteur ou réduisez la longueur du câble.
Séchez le radiateur avant le démarrage si de l'humidité est suspectée. L'application d'une basse tension-25 à 50 % de la valeur nominale pendant 15 à 30 minutes chasse l'humidité de l'isolation interne sans générer de chaleur totale. Ceci est particulièrement important pour les radiateurs qui restent inactifs pendant de longues périodes dans des environnements humides.
Scellez le boîtier du terminal pour empêcher la pénétration de l’humidité. Un couvercle scellé, une entrée de câble scellée et un pack déshydratant à l'intérieur du boîtier réduisent l'humidité qui atteint l'isolation interne.
Lorsque les-démarrages à froid révèlent un problème plus profond
Des déclenchements répétés au démarrage à froid sur un appareil de chauffage dont les tests sont en bon état indiquent souvent que l'installation est marginale. Des disjoncteurs sous-dimensionnés, une chute de tension excessive ou une pénétration chronique d’humidité sont des problèmes d’installation et non de chauffage. Corriger l'installation est plus efficace que remplacer le radiateur.
Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec des boîtiers de bornes scellés, une isolation interne-résistante à l'humidité et une conception d'élément adaptée à la tension d'alimentation résout la cause première des déclenchements-au démarrage à froid. Le processus de spécification nécessite la tension d'alimentation, la taille du disjoncteur, la longueur du câble, les conditions ambiantes et le cycle de fonctionnement du réchauffeur.
