Qu'est-ce qu'un rail DIN ?

A Rail DIN Il s'agit d'un rail de montage métallique normalisé utilisé à l'intérieur des armoires électriques et des armoires de commande pour accueillir des disjoncteurs, des blocs d'alimentation, des relais, des borniers, des automates programmables (PLC) et d'autres équipements de commande industriels. Au lieu de percer des trous de fixation individuels pour chaque composant, les ingénieurs enclenchent les appareils sur le rail, ce qui permet de gagner du temps, d'économiser de l'espace et de faciliter grandement les modifications futures.

Ce nom vient de la Institut allemand de normalisation — l’Institut allemand de normalisation. Ce qui n’était au départ qu’une solution technique allemande, mise au point en 1928 conjointement par la société Phoenix Electrical Supply Company et le groupe d’électricité RWE, a été perfectionné tout au long des années 1950 pour aboutir aux profilés que nous utilisons aujourd’hui et qui ont finalement été adoptés comme normes internationales par la CEI.

Considérez un rail DIN comme le châssis d'un tableau de commande. Il n'assure qu'un soutien mécanique : il n'est pas conçu pour transporter le courant électrique comme une barre omnibus, bien qu'il puisse servir de mise à la terre du châssis lorsqu'il est correctement relié. On estime qu'au moins 70% des composants présents à l'intérieur d'une armoire de commande industrielle type sont montés sur des rails DIN. Sans cette simple pièce de métal profilé, la construction des tableaux serait plus lente, plus encombrante et bien moins modulaire.

Types de rails DIN et leurs dimensions

La première question qui suit “ Qu'est-ce que c'est ? ” est toujours “ De quel type ai-je besoin ? ”. La réponse dépend de ce que vous souhaitez monter — et pour 90% d'applications, il existe une réponse évidente. Avant d'aborder chaque type en détail, voici le cadre général : ce sont les composants qui déterminent le rail. Vérifiez les spécifications de montage de tout équipement industriel que vous installez : elles vous indiqueront pour quel profilé il a été conçu.

Rail « Top Hat » TS35 — La référence du secteur

Passez devant n'importe quel tableau de commande, dans n'importe quelle usine, sur n'importe quel continent, et le rail que vous verrez sera très certainement le TS35 : 35 millimètres de large, avec une section transversale caractéristique en forme de chapeau. Il s'agit de l'interface de montage universelle pour les composants de contrôle industriels modernes.

Le TS35 est disponible en deux versions de profondeur sous Commission électrotechnique internationale 60715. La norme TH35-7,5 Il mesure 35 mm de largeur et 7,5 mm de profondeur et prend en charge la grande majorité des dispositifs de commande : disjoncteurs miniatures (MCB), modules CPU et E/S d’automates programmables (PLC), borniers, relais compacts, convertisseurs de signaux et blocs d’alimentation standard pour rail DIN. Lorsque les composants sont plus lourds — grands contacteurs, blocs d’alimentation à sorties multiples de plus de 240 W ou installations soumises à des vibrations continues —, la profondeur TH35-15 (35 × 15 mm) apporte la rigidité supplémentaire nécessaire. Règle empirique pratique : si un composant pèse plus d’environ 1 kilogramme, ou si l’armoire doit être montée sur une machine en mouvement, utilisez le rail de 15 mm de profondeur.

Un concept qu'il est utile de comprendre est celui de système de largeur modulaire. Les appareils conçus pour les rails TS35 respectent un pas modulaire où 1 module (1 M) équivaut à 18 millimètres. Un disjoncteur différentiel unipolaire occupe 1 M (18 mm), un disjoncteur tripolaire 3 M (54 mm) et un PLC compact peut occuper 4 M (72 mm). Ce système permet aux constructeurs de tableaux électriques de planifier leur agencement en comptant les modules — sans avoir besoin d'un mètre ruban.

Les rails TS35 sont disponibles en perforé (pré-perforées avec des encoches de fixation) et non perforé versions. Le rail perforé facilite la fixation à la plaque arrière, car les fentes font également office de trous de vis ; le rail non perforé offre une surface plus épurée en cas d'utilisation de supports de fixation séparés.

Rail « Top Hat » miniature TS15

Lorsque l'espace dans l'armoire est restreint — une boîte de jonction compacte, une installation dans un boîtier ancien offrant peu de place —, le TS15 Ce rail offre une alternative plus compacte, avec une largeur de 15 mm et une profondeur de 5,5 mm. Conforme à la norme EN 50045 (BS 6273, DIN 46277-2), le TS15 est conçu pour les petits relais, les modules d'interface de capteurs et les borniers légers.

Le compromis réside dans la capacité de charge. Les rails TS15 ne doivent pas supporter des composants pesant plus de 0,5 kg environ. Si vous disposez de suffisamment d'espace, le TS35 reste toujours le meilleur choix — mais lorsque chaque millimètre compte, le TS15 apporte une véritable solution.

Rails de type C et G — Modèles traditionnels et haute résistance

Ce sont des rails que l'on trouve davantage dans les anciennes installations que dans les nouvelles. Rails pour césarienne (normalisés selon la norme EN 50024, aujourd’hui abrogée) présentent une section symétrique en forme de C de 32 mm de largeur, et sont disponibles en quatre hauteurs : C20 (20 mm), C30 (30 mm), C40 (40 mm) et C50 (50 mm). Rails de type G (anciennement EN 50035, BS 5825, DIN 46277-1) présentent un profil asymétrique en forme de « G » — 32 mm de largeur sur 15 mm de profondeur —, dont le côté le plus profond est placé vers le bas, de sorte que l'équipement s'accroche à la lèvre supérieure et pivote pour se mettre en place.

Ces deux types ont été remplacés par la norme CEI 60715 TS35 pour les nouvelles conceptions. Toutefois, si vous assurez la maintenance ou la modernisation d'équipements fabriqués avant le début des années 2000 environ, vous pouvez encore y trouver des rails de type C et G. Sachez que de nombreux composants compacts modernes ne s'adaptent pas à ces profilés sans adaptateurs.

Les normes relatives aux rails DIN

Si chaque fabricant concevait son propre système de fixation, un disjoncteur Siemens ne pourrait pas être monté sur le même rail qu'un contacteur Allen-Bradley. La raison pour laquelle c'est le cas — et la raison pour laquelle le rail DIN est devenu une norme mondiale plutôt qu'une curiosité allemande —, c'est la normalisation.

Le texte de référence en vigueur est aujourd'hui Commission électrotechnique internationale 60715 (publiée sous la référence EN 60715 en Europe), dont le titre complet est Dimensions des appareillages de commutation et de commande à basse tension — Montage normalisé sur rails pour le support mécanique des appareils électriques. L'édition actuelle, publiée en 2017, définit les exigences dimensionnelles et fonctionnelles garantissant que tout composant conforme, quel que soit son fabricant, puisse être monté en toute sécurité sur n'importe quel rail conforme, partout dans le monde.

Si vous ne devez retenir qu'une seule norme, que ce soit celle-ci : Commission électrotechnique internationale 60715. Il régit le rail sur lequel sont montés plus de 90% de composants industriels montés sur rail DIN à l'échelle mondiale.

Matériaux et qualité de fabrication des rails DIN

Voici un angle mort dans la plupart des guides sur les rails DIN : ils vous renseignent sur les types et les dimensions, mais presque personne n’aborde la question de la composition réelle du rail — or, le choix du matériau a plus d’importance que ne le pensent la plupart des ingénieurs. Un matériau inadapté n’empêchera pas votre tableau électrique de fonctionner dès le premier jour. Il cédera discrètement trois ans plus tard, lorsque la corrosion aura bloqué vos disjoncteurs sur un rail qui ne les laissera plus se dégager.

Il existe trois grandes catégories de matériaux qu'il est utile de connaître ; le choix que vous ferez déterminera la durée de vie de votre rail, les conditions environnementales auxquelles il pourra résister et son prix.

Acier galvanisé — Le choix par défaut

Environ 90% des rails DIN vendus dans le monde sont en acier au carbone laminé à froid et recouverts d'un revêtement protecteur en zinc. Le matériau de base — généralement de l'acier de nuance DC01 ou DX51D (désignation européenne) ou Q195/Q235 (norme chinoise) — est formé en profilé en chapeau, en C ou en G d'une épaisseur comprise entre 1,0 et 1,5 millimètre, puis recouvert par galvanoplastie d'une couche de zinc d'une épaisseur de 5 à 12 micromètres.

C'est cette fine couche de zinc qui assure la protection contre la rouille. Dans un environnement industriel intérieur standard — un atelier à température contrôlée, le local électrique d'un immeuble commercial —, un rail DIN galvanisé peut facilement durer entre 15 et 20 ans sans subir de corrosion notable. Le zinc se sacrifie par voie électrochimique avant que l'acier sous-jacent ne puisse s'oxyder.

C’est face à l’humidité et à l’exposition aux produits chimiques que l’acier galvanisé montre ses limites. Dans les enceintes extérieures, les installations côtières, les usines agroalimentaires soumises à des procédures de lavage, ou tout environnement contenant des chlorures en suspension dans l’air, cette couche de zinc de 5 à 12 μm s’use en quelques années plutôt qu’en plusieurs décennies. La référence standard du test au brouillard salin pour un rail DIN galvanisé de base est de 48 à 96 heures de test au brouillard salin neutre (NSS) — ce qui est suffisant pour une utilisation en intérieur, mais insuffisant pour les environnements hostiles.

Acier inoxydable — Pour les environnements difficiles

Lorsque l'environnement d'installation devient hostile — comme sur les plateformes offshore, dans les salles blanches pharmaceutiques, les stations d'épuration des eaux usées ou tout autre lieu situé à moins d'un kilomètre de l'eau de mer —, les rails DIN en acier inoxydable ne constituent plus une option haut de gamme, mais deviennent une nécessité.

Deux nuances dominent le marché des applications industrielles sur rail DIN. AISI 304 L'acier inoxydable (18–20% % de chrome, 8–10,5% % de nickel) résiste à la plupart des environnements corrosifs sans chlorure et offre une excellente durabilité dans les secteurs agroalimentaire, des boissons et de la transformation chimique en général. AISI 316 L'acier inoxydable contient entre 2 et 3% de molybdène, ajouté à l'alliage spécifiquement pour résister à la corrosion par piqûres provoquée par les chlorures. C'est la nuance qu'il vous faut pour les environnements marins, les installations côtières et toute application impliquant une exposition au brouillard salin ou à l'eau de mer.

Les rails DIN en acier inoxydable ne comportent généralement aucun revêtement de surface supplémentaire : le matériau lui-même assure la protection contre la corrosion. Lors des essais au brouillard salin, un rail DIN en acier inoxydable peut supporter plus de 200 heures d’exposition au NSS sans présenter de rouille significative, contre 48 à 96 heures en moyenne pour l’acier galvanisé. Le surcoût est réel — il faut compter environ trois à cinq fois le prix d’un rail galvanisé équivalent — mais dans un environnement corrosif, ce surcoût vous garantit une durée de vie de 20 ans au lieu d’un cycle de remplacement de 3 ans.

Aluminium et cuivre — Applications de niche

Deux matériaux viennent compléter la gamme, même si aucun des deux n'est couramment utilisé dans la construction de panneaux à usage général. Rail DIN en aluminium (généralement un alliage 6063-T5 avec finition anodisée) pèse environ un tiers du poids de l'acier — un avantage non négligeable dans l'aéronautique, les véhicules ferroviaires et les équipements mobiles, où chaque kilogramme compte. Sa couche d'oxyde naturelle offre une bonne résistance à la corrosion sans nécessiter de revêtement supplémentaire. Rail DIN en cuivre occupe une niche très restreinte où le rail lui-même fait office de barre de mise à la terre, tirant parti de la conductivité supérieure du cuivre — mais son coût et sa faible résistance mécanique le rendent peu adapté à une utilisation courante pour le montage.

Pour les applications de type 99%, le choix est binaire : de l'acier galvanisé pour les armoires de commande en intérieur, et de l'acier inoxydable pour tout élément exposé à l'humidité ou à des produits chimiques.

Comment installer correctement un rail DIN

Savoir quel rail DIN acheter, ce n'est que la moitié du chemin. C'est en l'installant correctement — en le coupant à la bonne longueur sans créer de risque pour la sécurité, en le fixant bien à niveau et à l'espacement adéquat, et en le mettant à la terre pour qu'il protège réellement les personnes — que l'on juge de la qualité d'un tableau électrique.

Trois phases, chacune comportant ses propres éléments incontournables.

Découpe et préparation du rail

Les rails DIN sont généralement disponibles en longueurs standard de 1 mètre ou 2 mètres ; votre première tâche consiste donc à les découper pour les adapter à la plaque arrière du boîtier. Le choix de l'outil importe moins que la technique : une scie à métaux à lame à denture fine (24 à 32 dents par pouce) convient pour les travaux occasionnels ; une scie à ruban permet d'obtenir des coupes plus nettes et plus droites pour la production en série ; une meuleuse d'angle équipée d'un disque à tronçonner est rapide mais génère de la chaleur susceptible d'endommager le revêtement en zinc près du bord de coupe. Les cisailles spécialisées pour rails DIN offrent le résultat le plus net, mais leur coût n’est rentable que dans les ateliers de fabrication de panneaux à grand volume.

Trois règles permettent de distinguer une coupe professionnelle d'une coupe dangereuse. Première, tracez votre ligne de coupe à l'aide d'une équerre : une coupe qui s'écarte ne serait-ce que de 2 degrés de la perpendiculaire fera que votre rail sera de travers par rapport à la plaque arrière. Deuxièmement, ébavurez chaque arête de coupe. Une bavure tranchante résultant d'une coupe à la scie transpercera aussi facilement l'isolation d'un fil que la peau humaine : quelques passages avec une lime à dents fines ou un outil d'ébavurage manuel suffisent (en une dizaine de secondes) pour éliminer ce risque. N'utilisez jamais de meule pour l'ébavurage ; la chaleur générée par le frottement brûle le zingage et crée une zone d'acier nu qui rouillera en quelques mois. Troisième, vérifiez la longueur finale avec une tolérance de ±0,5 mm : un rail coupé trop court laissera un espace à l'extrémité, tandis qu'un rail coupé trop long ne s'adaptera pas.

Montage, espacement et disposition

Une fois le rail coupé à la bonne longueur, fixez-le à la plaque arrière du boîtier à l’aide de vis passées dans les fentes de fixation du rail. Espacez les vis tous les 200 à 250 millimètres le long du rail, en veillant à en placer au moins une à chaque extrémité : une extrémité de rail non soutenue fléchira sous le poids des composants et finira par user les clips de fixation de tous les appareils qui y sont fixés. Utilisez un niveau à bulle lors de l’installation. Un rail DIN même légèrement incliné crée une pente sur laquelle les composants peuvent glisser lentement sous l’effet des vibrations, et les borniers montés sur un rail incliné subissent une force de serrage inégale.

Entre les rangées de rails DIN, prévoyez un espace libre de 50 à 100 millimètres pour les goulottes de câblage. Ces goulottes acheminent le câblage de terrain à travers le tableau ; ne pas prévoir suffisamment d’espace pour celles-ci entraîne un encombrement des canaux, des difficultés d’entretien et une accumulation de chaleur. Au-dessus du composant le plus haut de chaque rail, prévoyez au moins 25 à 50 millimètres avant le conduit ou le rail suivant : cet espace est nécessaire pour pouvoir enclencher et retirer les composants sans heurter les structures adjacentes.

Les dispositifs générateurs de chaleur — blocs d’alimentation, contacteurs, relais statiques — ont besoin d’espace pour « respirer ». Prévoyez un espace libre de 5 à 10 millimètres entre ces composants et ceux qui les entourent. De plus, dans toute conception de tableau, réservez 20 à 25 % de la longueur totale des rails comme espace libre en prévision d’une extension future. Un tableau entièrement équipé a l’air soigné, mais il oblige à effectuer des retouches coûteuses lorsque le client ajoute du matériel deux ans plus tard.

Mise à la terre et butées d'extrémité

L'hypothèse la plus dangereuse dans la conception des tableaux électriques est de croire que le fait de visser un rail DIN sur une plaque arrière métallique assure automatiquement sa mise à la terre. Ce n'est pas le cas. La peinture, l'anodisation, le zingage et les couches d'oxyde agissent tous comme des isolants électriques entre le rail et la plaque arrière. Même si un multimètre indique une continuité au repos, ce chemin peut présenter une défaillance en cas de courant de défaut.

La procédure à suivre est claire : il faut installer un conducteur de mise à la terre dédié — d'au moins 2,5 mm² de cuivre, conformément à la norme CEI 61439-1 — entre le rail DIN et la barre omnibus de mise à la terre de l'armoire, en utilisant un bornier de mise à la terre pour rail DIN doté d'un contact à ressort métallique intégré qui s'agrippe au revêtement de surface du rail. Ces bornes sont identifiées par un code couleur vert et jaune pour une reconnaissance immédiate.

Tout aussi incontournable : butées (également appelés « pinces d’extrémité » ou « supports d’extrémité ») aux deux extrémités de chaque rangée de composants. Sans eux, les appareils peuvent glisser le long du rail pendant le transport, sous l’effet des vibrations provenant de machines voisines, ou simplement en raison des cycles de dilatation et de contraction thermiques. Une paire de butées d'extrémité coûte quelques dollars. En revanche, le dépannage d'un automate programmable qui a vibré jusqu'à se détacher de son rail et a arraché son câblage de terrain pendant le transport coûte des centaines de dollars en temps de dépannage — et nuit à votre réputation. Les normes UL 508A et CEI exigent toutes deux une fixation mécanique aux deux extrémités de chaque groupe de composants montés.

Quels équipements peuvent être montés sur un rail DIN ? Guide d'applications et de sélection

Tout ce qui a été abordé jusqu'à présent soulève une question : qu'est-ce qui est réellement monté sur ces rails ? En bref, le rail DIN constitue la colonne vertébrale des systèmes de contrôle industriels modernes — le tableau ci-dessous présente les catégories de composants les plus couramment rencontrées sur les rails DIN à travers le monde.

Lorsque vous êtes prêt à choisir un rail DIN et des composants pour un projet, la démarche à suivre est simple. Tout d’abord, vérifiez le type de rail : dans 99% des cas, vous aurez besoin d’un rail TS35/7,5 en acier galvanisé à fentes. Ensuite, adaptez le matériau à l’environnement : pour une utilisation en intérieur et dans un environnement climatisé, optez pour l’acier galvanisé ; pour les installations en extérieur, les zones soumises à des lavages fréquents ou en milieu côtier, choisissez l’acier inoxydable. Enfin, achetez vos accessoires en même temps : les butées d’extrémité, les bornes de terre et le matériel de fixation sont de petits éléments qui peuvent entraîner d’importants retards s’ils sont oubliés.

Le choix des composants à installer sur le rail — en particulier le bloc d'alimentation, qui constitue l'élément le plus critique de tout tableau de commande — nécessite une grande attention. Privilégiez une large plage de tension d'entrée (une plage complète de 85 à 264 V CA signifie que le même bloc d'alimentation fonctionne sur n'importe quel réseau électrique dans le monde), des certifications de sécurité reconnues (CE, RoHS, UL le cas échéant) et un fabricant proposant une gamme de produits suffisamment étendue pour couvrir l'intégralité de vos besoins en alimentation à partir d'une seule source.

Ce guide a été élaboré en s'appuyant sur la norme CEI 60715:2017, sur la documentation relative aux anciennes normes DIN/EN, ainsi que sur l'expérience pratique des fabricants de tableaux électriques du monde entier.

Références : Contributeurs de Wikipédia. “ Rail DIN ”. Wikipédia. · Commission électrotechnique internationale. “ CEI 60715:2017 ”. · OMCH. “ Alimentation à découpage ”.” omch.com · OMCH. omch.com