Auteur : Holger Blaak Rapport d’application Prévenir les risques inhérents aux moteurs haute tension Premier convertisseur de température pour moteurs de 11 kV max. L1 ProLine P 44000 Poste de contrôle des mesures 4 … 20 mA Pt100 Alimentation 20 ... 253 V CA/CC L2 Moteur haute tension L3 Figure 1 : La séparation galvanique du thermomètre pour encoche par le convertisseur de température P 44000 offre un haut niveau de protection dans l’hypothèse rare mais possible où l’isolation du stator serait défectueuse. Même avec des câbles de grande longueur, elle assure une transmission sans parasitage des valeurs de température au poste de contrôle des mesures. Une grande entreprise allemande de l’industrie de process qui équipe ses installations industrielles avec les technologies les plus performantes du marché a pris conscience d’un risque jusqu’ici méconnu : des défauts d’isolation sur les sondes de température pour encoche des moteurs haute tension peuvent apparaître après plusieurs années d’utilisation et engendrer de graves dangers pour les systèmes branchés en aval et les personnes y travaillant. Knick s’est emparé de cette problématique et a remédié à cette faille de sécurité avec un convertisseur de température adapté aux moteurs haute tension jusqu’à 6,6 kV et/ou 11kV grâce à son très haut niveau d’isolation. Moteurs haute tension en fonctionnement continu Les moteurs haute tension, tels que ceux utilisés dans l’industrie de process par ex. pour des applications d’aérateur, de pompe et de compresseur, fonctionnent souvent parfaitement ­pendant des dizaines d’années. La température de ces moteurs est surveillée conformément à la norme EN 60034-1. Les sondes de température utilisées à cet effet – appelées thermomètres pour encoche – sont montées dans les encoches du stator avec le bobinage de phase du moteur et servent à détecter les augmentations de température survenant à la suite d’un refroidissement insuffisant ou d’une surcharge. La conformité de leur isolation est validée par un essai sous haute tension. Au fils des années, l’isolation est soumise à l’influence de facteurs qui entraînent une usure et, dans le pire des cas, une altération. Toute isolation, même la meilleure, peut être fortement sollicitée par des surtensions transitoires liées au réseau d’alimentation, des crêtes de tension des convertisseurs, des surélévations de tension causées par des réflexions, des charges mécaniques et thermiques durables et bien d’autres encore. En cas de défauts de l’isolation, il est possible que les sondes de température soient sollicitées par le potentiel élevé d’une phase, mettant ainsi en danger non seulement les systèmes raccordés en aval, mais aussi les personnes intervenant sur ces systèmes. Une faible probabilité de défaillance, mais des risques élevés Comme les convertisseurs de température traditionnels n’offrent aucune protection contre les tensions élevées, ils acheminent en cas de défaut d’isolation la tension du moteur vers l’extérieur en direction de la commande. Même si le risque que cela se produise est faible, les dommages, et notamment les lésions corporelles graves, que cela pourrait entraîner sont un risque à considérer. C’est la raison pour laquelle la norme EN 61140 exige, en plus de la protection contre les chocs électriques en situation normale, une deuxième barrière isolante équivalente et suffisante comme « protection en situation de défaut isolé ». Éléments indispensables, les convertisseurs de température installés dans la boîte de jonction du moteur peuvent être utilisés comme barrière. Ceux-ci doivent être conformes aux normes en vigueur et conçus pour résister à une charge de tension potentiellement élevée. Mais, compte tenu des tensions de l’ordre du kilovolt des moteurs, il est clair que le défi est loin d’être simple. Rapport d’application Page 2 Prévenir les risques inhérents aux moteurs haute tension Figure 2 : ProLine P 44000 en boîtier de 67,5 mm pour 6,6 kV et en boîtier de 22,5 mm pour une tension de service de 2 kV Une solution sur mesure L’entreprise qui souhaitait protéger ses installations contre le risque décrit ci-dessus, a cherché en vain sur le marché des convertisseurs de température adaptés aux moteurs haute tension et conformes aux normes en vigueur. Les responsables de l’entreprise ont fini par se tourner vers Knick, le spécialiste des systèmes de mesure, qui est présent depuis des décennies sur le secteur des appareils de mesure de la température comme sur celui de la séparation galvanique des signaux de mesure dans des applications industrielles. Avec les convertisseurs de température de la série ProLine P 44000, l’entreprise propose pour la première fois des produits destinés à la surveillance des moteurs haute tension qui allient très haut niveau d’isolation et mesure ultra précise des thermomètres pour encoche Pt100. Le signal de ces sondes de température est transmis par le convertisseur à la commande sous la forme d’un signal standardisé de 4…20 mA. Dans le cas d’un défaut simple, par ex. des défauts d’isolation des thermomètres pour encoche, la séparation galvanique très robuste qui s’opère dans le convertisseur empêche la retransmission du potentiel de la phase du moteur : l’isolation de base du P 44000 résiste durablement à des tensions de service de 6,6 kV CA/CC et peut être utilisée, selon le type d’alimentation, pour des moteurs haute tension jusqu’à une tension nominale de 11 kV. Les systèmes raccordés en aval sont protégés et les exigences par ex. de la norme 61140 peuvent être satisfaites grâce à une configuration de système appropriée. Il convient, lors de la conception, de tenir compte du niveau de tension que subira la sonde en cas de défaut, par ex. la tension de la phase par rapport à la terre, pour des moteurs de 11 kV sur le réseau IT : 11 kV / √3 = 6,4 kV. Vue d’ensemble des propriétés du ProLine P 44000 Les convertisseurs de la série ProLine P 44000 fournissent des plages de mesure de 0 à150 °C, 0 à 200 °C et 0 à 300 °C pour toutes les températures de moteur usuelles, et garantissent un haut niveau de précision (généralement ±0,5 K). Les sondes Pt100 peuvent être raccordées selon un montage à 2, 3 ou 4 fils. Les appareils avec une isolation de base de 6,6 kV CA/CC sont testés à l’aide de tensions d’essai de 15 kV CA. En dépit de leur haut niveau d’isolation, les convertisseurs en boîtier de série de 67,5 mm de largeur ont des dimensions extrêmement compactes. La coulée sous vide assure stabilité mécanique et résistance élevée aux influences extérieures. Du fait de leur inaltérabilité à des températures ambiantes comprises entre -40 et +85 °C, ces appareils s’utilisent même dans des conditions extrêmes. Ni une alimentation secteur instable ni une polarisation inversée de la tension de réseau n’affecte le fonctionnement des convertisseurs. Pour les exigences d’isolation intermédiaires à des tensions de service jusqu’à 2 kV CA/CC (moteurs jusqu’à 3 kV CA), Knick propose également une variante étroite du P 44000 avec un boîtier de série de seulement 22,5 mm de largeur. Tous les modèles sont assortis de la garantie cinq ans Knick. Rapport d’application Page 3 Bilan Lorsque des températures doivent être mesurées à l’aide de thermomètres à résistance Pt 100 dans des environnements à haut potentiel électrique, les convertisseurs de température usuels se heurtent souvent à leurs limites en raison d’une isolation insuffisante. Les thermomètres à résistance peuvent certes être isolés contre la haute tension, mais l’espace de montage disponible oblige la plupart du temps à des compromis ; une isolation conforme aux normes relève alors quasiment de l’impossible. Prévenir les risques inhérents aux moteurs haute tension L’isolation peut en outre s’altérer avec le vieillissement thermique et mécanique. Pour mesurer la température sur des composants de l’électronique de puissance, et notamment pour surveiller la température de bobinage des moteurs électriques et des générateurs, la séparation galvanique élevée du ProLine P 44000 offre un haut niveau de sécurité. Figure 3 : Représentation d’un moteur haute tension ouvert Figure 4 : Montage d’un thermomètre pour encoche dans un moteur ­électrique Rapport d’application Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG Beuckestraße 22, 14163 Berlin Téléphone : +49 30 801 91 - 0 Fax : +49 30 801 91 - 200 [email protected] · www.knick.de AB FR HV Motor 150717 Page 4 Prévenir les risques inhérents aux moteurs haute tension