Les options de protection prolifèrent

Heiko Luckhaupt, Category Marketing Manager, Automation & Control,

RS Components

Comme les techniques de contrôle électroniques se sont généralisées dans l'ensemble des secteurs de l'automatisation, la nécessité d'intégrer des protections contre les fautes électriques a considérablement augmenté. Les composants et les sous-systèmes de protection actuels n'ont plus rien à avoir avec les simples fusibles et disjoncteurs des générations précédentes. Avec la pénétration continue des systèmes d'automatisation dans un nombre croissant d'industries, les exigences des systèmes sont de plus en plus sophistiquées, favorisant l'expansion d'une grande variété de fonctions de protection.

Pour répondre à la demande, les fabricants offrent une vaste sélection de produits de protection, faciles à utiliser et à installer, destinés aux développeurs de panneaux, opérateurs et agents de maintenance. Souvent modulaires ou configurables, ces produits réduisent la nécessité d'inventaires couvrant une vaste gamme de composants similaires. Comme tous les dispositifs électroniques, les solutions modernes deviennent de plus en plus compactes, permettant de gagner de plus en plus d'espace sur les panneaux de contrôle des systèmes d'automatisation.

Dans certains cas, des fusibles à usage unique sont remplacés par des solutions autoréarmables. La productivité a également progressé, grâce à des composants qui génèrent moins de faux positifs et améliorent les résolutions de problèmes en indiquant leur position et leur gravité. Le concept de sécurité intrinsèque a également contribué à développer une gamme de techniques pour prévenir les risques dans des zones dangereuses.

Dans des secteurs spécialisés, comme les commandes de moteurs, les solutions offertes par les fabricants permettent de combiner facilement des protections de surcharges avec les contacteurs et les dispositifs de contrôle existants.

Figure 1 : Disjoncteur miniature S200 ABB

En dépit de ces changements rapides, les besoins fondamentaux restent identiques depuis de nombreuses années : prévention des accidents, protection des composants contre les détériorations physiques ou électriques, élimination des risques d'incendie. Il n'est donc pas surprenant que la majeure partie du marché de la protection des circuits continue d'être dominée par des disjoncteurs et des fusibles traditionnels, dans les diverses applications du contrôle de l'énergie et des sous-systèmes de distribution.

Il est presque impossible de trouver un système qui ne soit pas doté d'un fusible ou autre dispositif de protection.

Par leur nature de matière première, ces composants constituent un secteur où des facteurs de chaîne d'approvisionnement, tels que le prix, la disponibilité et les échéances, prennent une importance réellement stratégique.

En choisissant un grand distributeur comme RS, les ingénieurs bénéficient d'un accès unique à une offre complète de solutions de protection, incluant mini-disjoncteurs, disjoncteurs de courant résiduel, disjoncteurs différentiels, et des produits de détection des défauts à la masse. RS offre plus de 1100 disjoncteurs, ainsi que des fusibles et porte-fusibles BS88/ IEC 60269, une vaste sélection de composants connexes, tels que sectionneurs, contacteurs protégés, unités de contrôle. Pour couvrir toutes les applications, RS stocke plusieurs grandes marques de solutions de contrôle et de sécurité.

 

La connaissance des normes est indispensable

Sur ce type de marché, une bonne connaissance des normes industrielles pertinentes est une réelle nécessité pour les ingénieurs. Par exemple, la norme britannique BS88 qui couvre les fusibles à cartouche à basse tension (jusqu'à 1kV CA et 1500V CC), figure probablement parmi les normes électriques les plus anciennes, avec des origines remontant à près d'un siècle (IEC 60269 réunit les normes internationales des fusibles à basse tension).

L'autre grande famille prédominante dans le domaine est IEC 60947, qui couvre une variété de types d'équipements aux mêmes niveaux de tension dans l'environnement industriel :

•           IEC 60947-2 définit les disjoncteurs, incluant les disjoncteurs à boîtier moulé (MCCB), à courant résiduel (RCD) et à air (ACB). Cette norme est généralement la plus pertinente dans le domaine des protections de circuits. Elle couvre également des exigences spéciales pour les disjoncteurs à fusible, et les dispositifs de perte à la terre ou les protections de surintensité électroniques.

•           IEC 60947-3 couvre les interrupteurs, les sectionneurs, les interrupteurs-sectionneurs et plus pertinemment pour la protection des circuits : les combinaisons d'interrupteurs à fusibles.

•           IEC 60947-4 réunit les contacteurs et les démarreurs de moteurs. Divisée en trois sections, elle couvre les composants électromécaniques, les solutions à semi-conducteurs, les dispositifs conçus pour les charges autres que moteurs. Elle spécifie les exigences des disjoncteurs pour démarreurs directs.

•           IEC 60947-5, -6 et -7 a moins de pertinence dans ce contexte, puisqu'elle couvre principalement la sécurité des machines et divers produits tels que les terminaux et les interrupteurs de proximité.

 

Les mini-disjoncteurs prédominent toujours

Comme nous l'avons dit, les fusibles et les disjoncteurs continuent de dominer le marché de la protection des circuits en termes de volumes vendus. Les solutions courantes dans le domaine de l'automatisation incluent les gammes S200 et S500/800 d'ABB.

La gamme S2xx offre des solutions de protection réputées, avec des disjoncteurs miniatures sur rail DIN, offrant des capacités très étendues. Comme c'est souvent le cas pour les disjoncteurs miniatures (MCB), outre la classification numérique, d'autres informations sont nécessaires. La gamme S2xx offre cinq caractéristiques de déclenchement, répondant à des applications spécifiques.

La caractéristique la plus courante est la courbe C, utilisée pour les applications d'éclairage et d'alimentation générales. Les courbes D et K sont préférées pour les démarreurs de moteur, la protection des transformateurs, ou autres applications nécessitant des charges inductives ou des courants d'appel élevés. La courbe B se différencie par un déclenchement rapide conçu pour protéger des câbles et des circuits de commande et de faibles niveaux de fautes en court-circuit. Enfin, la courbe Z permet de protéger des dispositifs très sensibles, avec un déclenchement instantané entre deux et trois fois le courant nominal.

Figure 2 : Courbes de déclenchent standard de la gamme S200.

Plus avancés, les produits de la gamme S800 combinent des caractéristiques à hautes performances. Ces produits sont donc mieux adaptés à la protection de groupe. Par exemple, le S800-SCL-SR est un module limiteur de courant réarmable conçu pour limiter le courant de court-circuit jusqu'à ce que la protection aval se déclenche.

La gamme VL de Siemens VL illustre bien l'évolution vers une approche modulaire, plus souple, des spécifications pour disjoncteurs miniatures, visant à réduire les inventaires et les indisponibilités. Sept tailles de cadre sont disponibles, offrant un choix de trois types d'unités de déclenchement interchangeables : thermique-magnétique, électronique ou électronique avec LCD.

Pour répondre à très grande variété de besoins en termes de connexion, de montage et d'utilisation des composants, Siemens offre une gamme d'accessoires externes. Grâce à la nature modulaire du système, les installations peuvent être mises à niveau ou redimensionnées sur place.

 

Figure 3 : Disjoncteurs miniatures VL Siemens

Comme ABB, Schneider/ Merlin Gerin offre une gamme étendue de disjoncteurs miniatures différenciés par leurs courbes de déclenchement. Dans le système Multi 9, les disjoncteurs C60 et C120 peuvent être complétés par des fonctions supplémentaires, tels que le shuntage ou la disjonction à minimum/ maximum de tension. Les utilisateurs peuvent aussi ajouter un module Vigi, qui intègre un dispositif différentiel à courant résiduel et un tore séparé dans un boîtier, comme protection contre les fautes d'isolation. Le module est disponible en version de déclenchement instantané ou sélectif. Il est protégé contre les faux déclenchements causés par des surtensions associées à la foudre ou à l'utilisation d'appareillage de commutation à proximité.

 

Figure 4 : Le module Vigi Merlin Gerin

 

Le cas spécial des commandes de moteur

Les fautes rencontrées dans les commandes de moteur peuvent provenir de problèmes électriques et mécaniques. Ces problèmes sont variés, incluant des conditions de court-circuit, un rotor bloqué, un axe serré, une légère surcharge, une montée anormale de la température ou une faute de ventilation. Par conséquent, une protection est généralement intégrée dans la commande du moteur, grâce à un relais de surcharge.

La gamme Schneider TeSys D est un excellent exemple. Les contacteurs sont disponibles en versions CA et CC, dans des formats compacts de 45mm et 55mm (40A à 65A). Outre les démarreurs de moteurs, ils peuvent aussi être utilisés dans des équipements de signalisation et de contrôle d'alimentation. Un relais de surcharge comme le TeSys LR97D peut être directement monté sous le contacteur, pour supporter une gamme de fonctions de protection. Elles incluent la prévention des surintensités générées par des surcharges ou des blocages mécaniques ; le contrôle de couple au démarrage et au régime permanent, la protection des surcouples.

Le LR97D inclut une protection spécifique contre les blocages de rotor et les ruptures de phase. Le seuil d'intensité est réglable par l'utilisateur, avec une programmation séparée du démarrage et du régime permanent. Il inclut deux indicateurs de diagnostics LED.

Figure 5 : Protections pour démarreurs de moteur Schneider TeSys-D

 

Les environnements dangereux

La protection dans des environnements dangereux exige des solutions spéciales, puisque les étincelles ou les surchauffes peuvent avoir des conséquences catastrophiques. En outre, les signaux et l'alimentation doivent fréquemment passer entre les deux types de zones dangereuses et non-dangereuses sans jamais créer de risque.

Figure 6 : La barrière MTL7700 Zener

Dans de telles situations, la solution consiste à installer une barrière de sécurité qui dévie toute énergie excessive à la terre. Par exemple, les dispositifs MTL7700 récemment annoncés et la barrière MTL700 utilisent une combinaison de résistances, fusibles, diodes Zener pour protéger les zones dangereuses.

Offrant un ou deux canaux, ces protections sont installées en série sur des lignes de transmission, autorisant le passage des signaux électriques sans shuntage, mais en limitant le transfert d'énergie à un niveau ne présentant aucun risque dans une atmosphère explosive. Ces dispositifs permettent d'effectuer simplement et économiquement une gamme étendue de mesures et de contrôles en utilisant des techniques de sécurité intrinsèque.

 

Conclusion

Les choix offerts aux concepteurs sont plus étendus que jamais pour fournir des protections électriques dans des environnements d'automatisation et de contrôle de processus. Ces techniques couvrent aussi bien les sous-systèmes de distribution et de contrôle d'énergie que la transmission des données et la signalisation.

Aucun autre domaine n'offre une telle richesse de produits, allant des plus simples aux plus sophistiqués. Il est facile de comprendre pourquoi : bien que souvent négligés, ces composants sont à la fois la première ligne de défense et une source potentielle d'indisponibilité. Face à ces enjeux, les ingénieurs devraient prendre le temps de comprendre en détail les options présentées et choisir avec soin leur stratégie de protection.

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