GENEVE, SUISSE GENEVA, SWITZERLAND Mail address:CERN CH-1211 GENEVE 23 Switzerland Téléphone/Telephone : Central/Exchange : Teéléfax : +41 (22) 767 3146 +41 (22) 767 6111 +41 (22) 767 7130 Bourgeois Nicolas +41 (79) 2010170 ALIMENTATION DES CHAUFFERETTES DE DECHARGE HEC (Heater Energisation Circuitry) SPECIFICATION CERN Version : C Date : 24.04.2002 N. Bourgeois/expérience/Aimants/Alim24V= 16.04.17 HEC (Heater Energisation Circuitry) TABLES DES MATIERES 1 INTRODUCTION 2 NORMES EN VIGEUR AU CERN 2.1 REGLEMENTATION CONCERNANT LES CABLES DE PUISSANCE 3 COMPOSITION D'UNE ALIMENTATION DES RESISTANCES DE DECHARGE (HEC) 3.1 CHARGEUR 24 VDC 3.1.1 GENERALITE 3.1.2 CIRCUIT DE PUISSANCE 3.1.3 CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES 3.1.4 CONTROLE 3.1.5 SIGNALISATION 3.2 BATTERIE 3.2.1 GENERALITE 3.2.2 CIRCUIT DE PUISSANCE 3.2.3 CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES 3.2.4 CONTROLE 3.2.5 SIGNALISATION 3.3 CIRCUIT DE RESERVE 3.3.1 GENERALITE 3.3.2 SCHEMA 3.3.3 CONTROLE 3.3.4 SIGNALISATION 3.4 CIRCUIT DE PUISSANCE 3.4.1 SCHEMA 3.4.2 CONTROLE 3.4.3 SIGNALISATION 3.5 SYSTEME DE COMMANDE & SUPERVISEUR 3.5.1 SCHEMA 2.7.1 CONTROLE 3.5.3 SIGNALISATION 4 CARACTERISTIQUE A COMPLETER 2 Mise à jour : 24 avril 2002 CERN EP/EOS-NB 1 INTRODUCTION Un ensemble d'équipement a pour but d'assurer la PROTECTION DIRECTE des aimants des expériences du LHC. Leur mise en sécurité s'exécute par différents modes de décharges. L'une d'entre elle : la Décharge Rapide (ou Fast Dump) est l'aboutissement d'un défaut IMPORTANT détecté sur l'aimant. Lors de la commande d'une DR, la logique câblée (MSS) ou un ensemble local traitent différents paramètres dont la commande des chaufferettes de sécurité. Pour assurer une sécurité de fonctionnement optimale la réalisation de la protection directe est conçue comme deux ensembles identiques et totalement indépendants l'un de l'autre. Ces chaufferettes sont alimentées par une source fiable et disponible. Ces équipements sont vitaux pour la survie des aimants. Pour cela les chaufferettes installées dans les aimants sont reparties en deux groupes de 16 chaufferettes (une chaufferette = 100W - 12V — 1,4 Ohm ) et alimentées par un système sans interruption de courant (HEC), y comprit lors d'un arrêt d'urgence général. Pour ce faire, il est prévu une distribution TBT (Très Basse Tension) flottante à l'aide de chargeur et de batterie avec couplage de barres. L'autonomie des batteries assure l’alimentation des chaufferettes pendant 15 minutes et maintient en veille l’équipement HEC pendant une durée de 2 heures. Cette spécification a pour but de définir les diverses composantes de quatre ensembles d'alimentations et de distribution électrique des chaufferettes de sécurité pour les Ends Caps et les Barrels Toroïds. L’offre devra respecter cette prescription et être accompagnée d’un schéma de principe indiquant les différents modes de fonctionnement. 2 NORMES EN VIGEUR AU CERN Les installations, appareillages et matériels mis en oeuvre au CERN devront être conforme aux normes et code de sécurité C1 en vigueur au CERN. L'appareillage électrique doit être construit et testé suivant les spécifications de la C.E.I (Commission Electrotechnique Internationale). A défaut de norme CEI, les appareillages et matériels devront être conforme aux normes du pays d'origine, pour autant qu'elles fassent l'objet d'une publication du COMITE EUROPEEN DE NORMALISATION ELECTROTECHNIQUE (CENELEC). Les normes et décrets à appliquer au CERN sont les suivants: L'ensemble de la réalisation devra respecter la norme 89/336/CEE relative aux signaux parasites émis ainsi qu'à la sensibilité des circuits utilisés aux signaux parasites reçus. 2.1 REGLEMENTATION CONCERNANT LES CABLES DE PUISSANCE CEI 228, Textes relatifs aux âmes isolées CEI 540, Textes relatifs aux essais des gaines et isolants. HEC (Heater Energisation Circuitry) IS23 & IS41 publiées par la commission TIS du CERN 3 COMPOSITION D'UNE ALIMENTATION DES RESISTANCES DE DECHARGE (HEC) (annexe : 1) Cette alimentation est composée d’un chargeur et d’un ensemble de batteries qui alimentent individuellement un jeu de barres. Un répartiteur permet la distribution et le raccordement des 16 câbles qui alimentent les chaufferettes. Cette alimentation est également équipée d’un système de commande de mise sous tension des chaufferettes pendant une durée déterminée. Un équipement contrôle en continue le bon fonctionnement interne de l’alimentation, le réseau d’alimentation et l’état des chaufferettes. 3.1 CHARGEUR 3.1.1 GENERALITE Le système est du type à charge, à tension constante et intensité limitées dans le but d'être connecté en permanence sur l'utilisation. Il est choisi pour répondre aux impératifs suivants : Fournir le courant pour l'entretien de la batterie. Ce courant doit assurer une durée de vie maximale à la batterie. Permettre une extension aisée de l'équipement initial Simplifier les éventuelles opérations de dépannage et d'entretien en cours d'exploitation (ex : déconnections en vue de remplacement ) Le courant nominal du chargeur est défini pour assurer la recharge de la batterie en temps maximum de 10 heures. Il sera équipé de diode anti-retour pour obtenir une redondance parallèle si nécessaire. Le chargeur devra être protégé contre les surtensions. 3.1.2 CIRCUIT DE PUISSANCE Voir schéma annexe .N. 2 3.1.3 CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES Entrée : 230 V monophasé 50 Hz 5% Sortie : (Tension à déterminer par le fournisseur) -10% +20% 3.1.4 CONTROLE Mesures tension d'entrée (alternative) et de sortie (continu), Mesure du courant de sortie Valeurs analogiques. Défauts : redresseur, tension utilisation haute, réseau, etc_. . 3.1.5 SIGNALISATION Etat du chargeur. Défaut fusible ou déclenchement disjoncteur. Défaut tension d'entrée. 4 Mise à jour : 24 avril 2002 (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) CERN EP/EOS-NB Défaut redresseur, courant redresseur haut. Défauts de terre + et -. Disjonction température élevée. Défaut élément FCEM. Historique des événements Lectures des mesures (Valeurs analogiques) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (réseau de communication) (signaux 4-20 mA) 3.2 BATTERIE 3.2.1 GENERALITE Les batteries devront présenter les avantages suivant : Meilleure résistance mécanique Très bonne conservation de la charge Entretien minimal Grande longévité des éléments et haute disponibilité. Volume et poids le plus petit possible Absence de dégagement d'acide Insensible aux fortes décharges. 3.2.2 CIRCUIT DE PUISSANCE Voir schéma annexe .N. 2 3.2.3 CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES Tension d'utilisation : (Tension à déterminer par le fournisseur) -10% +20% Autonomie : alimentation des chaufferettes pendant une ¼ heure et le maintien en surveillance du système pendant 2 heures. La capacité conseillée devra tenir compte d'une marge pour être en condition d'opération et de la norme CEI 623. La batterie devra pouvoir alimenter 16 chaufferettes de 100 W installées à une distance maximum de 100 à 150 mètres avec une tension de 12VDC -10% + 20 %, aux bornes des chaufferettes, Chaque chaufferette sera alimentée par un câble de 2x4 mm2. 3.2.4 CONTROLE Niveau électrolyte. Température. Défaut tension. Contrôle du fusible. Capacité de charge. 3.2.5 SIGNALISATION Etat de la batterie. Mesure tension de sortie de la batterie. Mesure tension de chaque élément. Mesure du courant d'utilisation. (x 1, contact TOR.) (x 1, signal 4-20 mA) (à définir) (x 1, signal 4-20 mA) HEC (Heater Energisation Circuitry) Défaut circuit batterie. Défaut fusible ou déclenchement disjoncteur. Défauts de terre. Alarme tension haute batterie. Alarme tension basse batterie. Niveau électrolyte bas. (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) (x 1, contact TOR.) 3.3 CIRCUIT DE RESERVE 3.3.1 GENERALITE Un raccordement supplémentaire sur le jeu de barre permet de connecter un chargeur de batterie redondant ou une charge calibrée pour les maintenances périodiques 3.3.2 SCHEMA Voir schéma annexe .N. 2 3.3.3 CONTROLE Défaut fusible ou déclenchement disjoncteur 3.3.4 SIGNALISATION Défaut fusible ou déclenchement disjoncteur Mesure de tension et de courant (x 1, contact TOR.) (x 2, signaux 4-20 mA) 3.4 CIRCUIT DE PUISSANCE La coordination des dispositifs de coupure automatique d'un défaut survenant sur le circuit de distribution des chaufferettes doit être éliminée en amont du défaut et par lui seul. La mise sous tension des chaufferettes est commandée à distance par deux signaux extérieurs redondants. Chaque circuit d'alimentation raccordé sur la chaufferette est continuellement contrôlé pour déceler un défaut d'ouverture de ligne ou d'un court circuit. 3.4.1 SCHEMA Voir schéma annexe .N. 2 3.4.2 CONTROLE Défaut fusible ou déclenchement disjoncteur principal Mise à disposition de points de mesures en aval des 16 protections disjoncteurs Contrôle de chaque circuit d'alimentation des chaufferettes Mesure du courant de chaque circuit de chaufferette. 3.4.3 SIGNALISATION Défaut fusible ou déclenchement disjoncteur principal (x 1, contact TOR.) Défaut fusible ou déclenchement disjoncteur de chaque circuit de chaufferette (x 16 contact TOR.) Mesure de tension et de courant distribution principale (x 1, signal 4-20 mA) 6 Mise à jour : 24 avril 2002 CERN EP/EOS-NB Défaut de circuit d'alimentation (ouverture ou c/c) Mesure du courant de chaque ligne (x 16 contacts TOR) (x 16, signaux 4-20 mA) 3.5 SYSTEME DE COMMANDE & SUPERVISEUR La commande (Fast Dump) de mise sous tension des chaufferettes s'effectue par l'un des deux signaux redondants ( FAST DUMP1 OU 2) en provenance d’équipement extérieur (Logique câblée MSS 1 et MSS2). La commande est également exécutée si une ouverture de ligne, de court-circuit ou de différence entre les deux signaux redondants. Les chaufferettes sont sous tension pendant un temps défini (de 0 à 15 minutes). Un acquittement (Reset) est nécessaire pour réinitialiser le système et supprimer le signal (no HEC Healthy). Lorsque les chaufferettes sont hors tension (absence de signaux FD), un équipement (HEATER SUPERVISOR CIRCUIT) surveille chaque circuit de distribution. Il mémorise et signale un défaut du circuit en question. (un syteme) Un test périodique et automatique sur le circuit des batteries est réalisé pour permettre d’identifier et de localiser les défaut de fonctionnement et le vieillissement des batteries ou la présence de cosses défectueuses. Tous les défauts des différents équipements (batterie, chargeur, et distribution) et les commandes (Fast Dump 1 ou 2) sont mémorisées et identifiées. Le premier défaut est différencié des autres. Seuls les défauts des équipements donnent un signal (no HEC Heathly) redondant à deux équipements distincts (MSS1 et MSS2) Chaque circuit d'alimentation est raccordé sur la Chaufferette et est continuellement contrôlé pour déceler un défaut de terre . L’idée d’un PLC peut être envisagée, ses caractéristiques et sont protocole de communication devront être désigné. 3.5.1 SCHEMA Voir schéma annexe.N. 2 2.7.1 CONTROLE Contrôle de fonctionnement de chaque circuit (Heater Supervisor Circuit). Commande Fast Dump Contrôle de fonctionnement et de vieillissement des batteries. Vérification de l'isolement entre chaque circuit et la terre 3.5.3 SIGNALISATION Défaut de ligne (Heater Supervisor Circuit). Signalisation Fast Dump (commande 1 et 2). Etat des contacteurs de commande ©. Défaut de terre Signalisation « no HEC Healthy) (x 16 contacts TOR) (x 2 contacts TOR.) (x 16 contacts TOR) (x 32 contacts (TOR) (x 2 contacts TOR.) HEC (Heater Energisation Circuitry) 4 CARACTERISTIQUE A COMPLETER Batterie Tension d'utilisation (V) I consommée (A) Autonomie (h) Tension d'arrêt (V/élèments) Nbr d'element Resistance de la batterie (Rb) Ic/c =Ub/Rb C5 (Ah) Marque Type Chargeur Tension d'utilisation (V) Tension de floating U x 1.05 (V) U Boost U maxi Tension de floating (V) Temps de charge (h) Calibre (A) Marque Type Répartiteur Tension d'utilisation (V) Ic/c au niveau des chaufferettes Dimensions Hauteur Largeur Profondeur Prix 8 Mise à jour : 24 avril 2002