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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)
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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