Knick Rapport d`application ProLine P 44000 pour moteurs haute

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
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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.
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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
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