Le relais de protection : types et usage dans les installations résidentielles

Qu’est-ce qu’un relais — le principe de base

Un relais électrique est un commutateur commandé électromagnétiquement : un faible courant (courant de commande) excite une bobine qui génère un champ magnétique, lequel déplace à son tour une armature métallique qui ouvre ou ferme les contacts d’un circuit de puissance (fort courant).

La valeur fondamentale du relais est l’isolation galvanique entre le circuit de commande et celui de puissance — un capteur à 12V DC peut commuter un circuit 230V AC sans aucune liaison électrique directe.

Les relais modernes sont de nombreux types : électromécaniques (bobine + armature physique), statiques (à semi-conducteurs) et numériques/digitaux (à microprocesseur). En résidentiel, les plus fréquents sont les électromécaniques et les statiques à comparateur.

1. Le relais de tension (relais UV/OV)

Le relais de tension surveille la tension du réseau et déconnecte la charge lorsque la tension sort d’une plage configurable (en général ±10% par rapport à la valeur nominale de 230V, soit 207–253V selon l’EN 50160).

Contre quoi il protège concrètement :

• Sous-tension (brownout) — les moteurs électriques (pompes, compresseurs de clim) surchauffent lorsqu’ils fonctionnent à tension réduite : le courant croît en 1/U, et la chaleur en I²
• Surtension — une tension soutenue au-dessus de la bande normale (au-delà de ~253 V) raccourcit la durée de vie de l’électronique et des alimentations LED, tandis que les fortes surtensions temporaires — par exemple vers ~400 V par phase lors d’une coupure du neutre — peuvent détruire les équipements
• Retour de tension après une coupure — le relais dispose d’une temporisation de reconnexion réglable : pour les charges à compresseur (climatisation, réfrigérateur, pompe à chaleur), on la règle à 3–5 minutes (180–300 s), afin que les pressions du circuit frigorifique s’équilibrent, si l’appareil n’a pas déjà sa propre temporisation ; quelques secondes ne suffisent que pour les charges sans compresseur

2. Le relais de contrôle de phases (triphasé)

Pour les installations triphasées résidentielles (pompes, grandes centrales de climatisation, ateliers), le relais de contrôle de phases vérifie simultanément les trois phases et déclenche à toute anomalie susceptible d’endommager les moteurs.

Les pannes les plus fréquentes qu’il prévient :

• Perte de phase (phase loss) — le scénario le plus dangereux : le moteur triphasé tente de tourner sur 2 phases, le courant monte à 1,7–2× la normale, le bobinage brûle en quelques minutes
• Ordre incorrect (inversion de phases) — les moteurs à sens imposé (pompes, ascenseurs, ventilateurs centrifuges) peuvent se casser mécaniquement ou inonder s’ils tournent à l’envers
• Asymétrie de tensions — un déséquilibre de 3–5% des tensions engendre un déséquilibre de 15–25% des courants (en raison de la faible impédance du moteur), ce qui surchauffe le bobinage

3. Le relais thermique (surcharge moteur)

Le relais thermique est dédié à la protection des moteurs électriques contre les surcharges prolongées. Contrairement au MCB, le relais thermique est réglable (potentiomètre) et possède une caractéristique temps-courant plus proche de la thermique du moteur protégé.

Il fonctionne selon le même principe que le bilame du MCB, mais dimensionné pour de forts courants et avec un réglage fin. En résidentiel, il apparaît sur :

• Pompes de piscine ou d’irrigation (moteurs 0,5–2,2 kW)
• Moteurs de portails automatiques et automatismes de garage
• Ventilateurs industriels dans les ateliers ou les serres
• Compresseurs d’air à usage domestique

Relais vs. MCB — la différence essentielle

Le MCB protège les conducteurs et le circuit — il déclenche lorsque le courant dépasse la capacité thermique du câble. Le relais de protection protège l’équipement connecté — il déclenche lorsque les paramètres de fonctionnement de l’équipement (tension, équilibre des phases, température) sortent de la plage normale de fonctionnement.

Un moteur peut tourner pendant des années avec un courant sous la limite du MCB, mais avec une tension légèrement déséquilibrée — et il brûlera progressivement sans que le MCB ne perçoive le moindre problème. Le relais de protection, lui, le perçoit.

Le relais numérique/digital

Les relais de protection modernes sont en réalité de petits microprocesseurs qui mesurent en temps réel les paramètres électriques et appliquent des algorithmes configurables. Par rapport aux électromécaniques :

• Seuils configurables numériquement (pas de potentiomètre)
• Mémorisent les N derniers déclenchements avec horodatage et cause
• Communication RS485/Modbus avec les systèmes d’automatisation et de domotique
• Fonctions multiples dans le même boîtier (tension + phases + fréquence + puissance)

Le relais multifonction — un seul module, toutes les protections

En résidentiel, la forme dominante aujourd’hui n’est plus le relais à fonction unique, mais le relais de protection et de surveillance multifonction (Fig. 0 et Fig. 4) : un module de 1–2 unités DIN qui intègre dans le même boîtier toutes les fonctions décrites ci-dessus.

But et rôle dans l’installation : il surveille en continu la tension, le courant et (sur les modèles triphasés) l’équilibre des phases, compare les valeurs mesurées à des seuils réglables et, en cas de dépassement, commande la déconnexion de la charge par un contact de sortie (typiquement jusqu’à 40–63 A) — directement ou via un contacteur. En pratique, il remplace une rangée de relais séparés (tension + phases + thermique) par un seul appareil qui :

• Mesure en permanence U, I, P et le facteur de puissance — et les affiche sur la LED frontale
• Protège contre la sous/surtension (UVP/OVP), la surcharge thermique (OTP), la perte et l’ordre incorrect de phase, la puissance minimale/maximale et les courants de fuite (avec tore externe : signalisation ou déconnexion par contacteur — ne remplace pas le DDR de 30 mA exigé par l’Art. 4.1.5.2.1)
• Temporise la reconnexion après le retour dans les paramètres (il protège les compresseurs et les pompes des redémarrages prématurés)
• Mémorise les événements et, sur les modèles à USB/Modbus, les rapporte à l’automatisation

Le coût d’un relais numérique à communication Modbus (50–150 EUR) est justifié pour les maisons dotées de systèmes photovoltaïques, de groupes de secours ou d’installations techniques complexes.

Référence normative

Dans l’I7-2011, les relais apparaissent dans deux rôles. Comme dispositifs de protection : l’Art. 4.3.1.2 cite, parmi les dispositifs de protection contre les surintensités, « les relais de protection contre les surcharges (relais thermiques, disjoncteurs, relais de protection contre les surintensités, fusibles) ». Pour les moteurs, l’Art. 5.3.1.7.2 impose la protection contre les échauffements anormaux « pour chaque moteur dont la puissance nominale est supérieure à 0,5 kW », et l’Art. 5.3.1.7.2.1 précise : « La protection des moteurs triphasés est réalisée par un dispositif dépendant du courant, temporisé, qui surveille les trois phases, réglé au plus à la valeur du courant nominal du moteur. » La protection contre la baisse de tension (Art. 5.3.1.7.3) et celle contre l’ordre incorrect des phases (Art. 5.3.1.7.6) sont exigées sous condition — là où leur absence « peut produire une condition dangereuse, une détérioration de la machine » ; pour les ascenseurs, l’Art. 7.18.1 renvoie aux instructions techniques du fabricant. Comme moyen de coupure fonctionnelle, le relais apparaît à l’Art. 5.3.4.5.3.2 b) :

« […] la coupure fonctionnelle peut être réalisée au moyen d’interrupteurs, de dispositifs à semi-conducteurs, de contacteurs, de relais, de prises de courant de courant nominal ne dépassant pas 16 A. »— I7-2011, Art. 5.3.4.5.3.2 b)

Pour les moteurs, cela signifie en général que le relais commande la bobine d’un contacteur — le schéma de l’encadré ci-dessus. Les relais multifonctions de tableau peuvent aussi commuter directement, par leur propre contact, mais seulement des charges dans les limites de la catégorie d’emploi de ce contact (le calibre de 40–63 A est en général donné pour l’AC-1, charge résistive) ; pour les moteurs et les compresseurs, on passe par un contacteur. Les normes produit des relais de protection sont de la série IEC 60255, et les relais de tension pour groupes électrogènes et installations photovoltaïques respectent en outre les exigences de raccordement au réseau (EN 50549). Corrigé le 11 septembre 2026 : la section normative affirmait à tort que l’I7 ne traite pas les relais comme des dispositifs de protection et s’appuyait sur deux articles cités hors de leur domaine, et l’encadré ElectroSchema promettait des fonctions qui n’existent pas dans l’application.