Murrelektronik et la démystification de la résistance de boucle
Le long chemin vers le système d’alimentation électrique intelligent
La surveillance de canal sélective est due à un phénomène qui n’est apparu qu’avec l’introduction sur le marché des alimentations électriques à régulation électronique. Cette histoire décrit ce dont il s’agit et comment Murrelektronik l’a résolu.
Markus Back, Rédacteur en chef de Print
Mais qu’est-ce donc que la « surveillance de canal » ? Et pourquoi en plus en association avec le terme « sélective » ? Les images qui viennent ici à l’esprit en premier lieu sont celles de gigantesques navires de haute mer qui empruntent le canal de Kiel, s’épargnant ainsi le détour de 250 miles par la mer du Nord, le Skagerrak et le Kattegat. Et comme, pendant ce temps, le pilote préfère vérifier ses messages sur son Smartphone plutôt que de faire son vrai travail, il ne surveille le passage du canal que de manière sélective !
Quand les disjoncteurs de ligne ne fonctionnent pas
Il est vrai que ceci est une belle interprétation de la « surveillance de canal sélective », mais elle est tout simplement erronée. Les spécialistes qui ont déjà passé des heures à rechercher des défauts sur une machine le savent bien. Ceci est particulièrement laborieux dans les systèmes complexes où les alimentations à découpage régulent électroniquement la tension et le courant à la sortie.
En effet, il peut arriver ici qu’en cas de court-circuit ou de surcharge, les fusibles secondaires réagissent plus lentement que le bloc d’alimentation et cette sélectivité n’est donc pas applicable. Cela conduit à des situations critiques, telles que des chutes de tension, et dans le pire des cas même à des incendies de câbles. Mais comment est-il possible que ces organismes de protection en aval ne réagissent pas ? Cela nécessite un retour en arrière de près de 30 ans.
Un argument convaincant : une protection élevée contre les courts-circuits
C’est au début des années 1990 qu’a eu lieu un changement dans le secteur de la construction de machines et d’équipements : le passage des transformateurs aux alimentations électroniques. Au début, ce n’était qu’un petit groupe de personnes qui ont osé utiliser ces nouveaux appareils. Aux yeux des utilisateurs potentiels, une tension continue régulée de 24 V et une protection contre les courts-circuits selon une courbe caractéristique bien définie semblaient manifestement trop belles pour être vraies !
Cependant, l’essor des alimentations électriques à régulation électronique était désormais inéluctable, car de plus en plus d’équipementiers voulaient profiter de leurs avantages. L’argument le plus convaincant était la protection élevée contre les courts-circuits. En effet, si un court-circuit pouvait passer inaperçu dans les transformateurs d’alimentation utilisés jusqu’alors, il entraînait un échauffement de l’installation en aval et pouvait même provoquer un incendie. Par contre, avec les alimentations électriques à régulation électronique, les utilisateurs faisaient l’acquisition à la fois d’une technologie moderne et d’une plus grande sécurité de fonctionnement.
La recherche de courts-circuits en dehors de l’armoire de commande
Mais qu’en était-il des courts-circuits à l’extérieur de l’armoire de commande ? Les disjoncteurs de ligne côté sortie, souvent combinés en pratique avec un contact de signal relié à la commande, détectaient de manière fiable les surcharges et les courts-circuits sur le terrain. Alors pourquoi cette forme de protection, qui a fait ses preuves depuis des décennies, ne devrait-elle pas être conservée ? Ce qui était adapté et correct pour un bloc d’alimentation à transformateur, donc la réflexion de nombreux utilisateurs, devrait alors être encore meilleur avec une alimentation à régulation électronique ! Cette hypothèse erronée a désespéré de nombreux électriciens dans les années à venir lors de la recherche de pannes. Si la raison de ce dérangement était un câble nu dans une chaîne porte-câbles, par exemple, le simple fait d’isoler la panne pouvait déjà prendre de nombreuses heures, voire plusieurs jours.
La résistance de boucle en tant que mal absolu
Mais comment se fait-il que les alimentations à découpage, avec leurs avantages, ne soient pas capables de déclencher de manière fiable des disjoncteurs de ligne ? Cette question a non seulement poussé les fabricants de blocs d’alimentation à commande électronique, mais aussi les fournisseurs de solutions d’automatisation à mener des expériences.
Il n’est plus possible aujourd’hui de savoir avec précision qui a finalement pu revendiquer en son nom l’exclamation « Eurêka ». Mais cela n’est pas vraiment important. Le résultat d’innombrables expériences et calculs est bien plus intéressant – d’autant plus que ceux-ci ont révélé une raison banale au phénomène de non-déclenchement des disjoncteurs de ligne : la résistance de boucle ! Les alimentations électriques à régulation électronique, qui étaient tellement appréciées par le marché, n’étaient tout simplement pas en mesure de fournir le courant nécessaire au déclenchement pendant au moins 100 ms.
La recherche de courts-circuits en dehors de l’armoire de commande
Mais qu’en était-il des courts-circuits à l’extérieur de l’armoire de commande ? Les disjoncteurs de ligne côté sortie, souvent combinés en pratique avec un contact de signal relié à la commande, détectaient de manière fiable les surcharges et les courts-circuits sur le terrain. Alors pourquoi cette forme de protection, qui a fait ses preuves depuis des décennies, ne devrait-elle pas être conservée ? Ce qui était adapté et correct pour un bloc d’alimentation à transformateur, donc la réflexion de nombreux utilisateurs, devrait alors être encore meilleur avec une alimentation à régulation électronique ! Cette hypothèse erronée a désespéré de nombreux électriciens dans les années à venir lors de la recherche de pannes. Si la raison de ce dérangement était un câble nu dans une chaîne porte-câbles, par exemple, le simple fait d’isoler la panne pouvait déjà prendre de nombreuses heures, voire plusieurs jours.
La résistance de boucle en tant que mal absolu
Mais comment se fait-il que les alimentations à découpage, avec leurs avantages, ne soient pas capables de déclencher de manière fiable des disjoncteurs de ligne ? Cette question a non seulement poussé les fabricants de blocs d’alimentation à commande électronique, mais aussi les fournisseurs de solutions d’automatisation à mener des expériences.
Il n’est plus possible aujourd’hui de savoir avec précision qui a finalement pu revendiquer en son nom l’exclamation « Eurêka ». Mais cela n’est pas vraiment important. Le résultat d’innombrables expériences et calculs est bien plus intéressant – d’autant plus que ceux-ci ont révélé une raison banale au phénomène de non-déclenchement des disjoncteurs de ligne : la résistance de boucle ! Les alimentations électriques à régulation électronique, qui étaient tellement appréciées par le marché, n’étaient tout simplement pas en mesure de fournir le courant nécessaire au déclenchement pendant au moins 100 ms.
Le calcul de la résistance de boucle
Donc la résistance de boucle ! Afin de comprendre la raison précise de l’impuissance de cette technologie de pointe, il est nécessaire de faire un détour par les fondamentaux de la planification de la construction de machines et d’équipements. Jusqu’à il y a 30 ans environ, il était tout à fait courant de protéger l’installation sur le terrain avec des disjoncteurs de ligne de type C. Ce que signifie une combinaison avec une alimentation à découpage est expliqué par un exemple dans lequel est utilisé un appareil automatique ayant un courant nominal de 6 A. Selon la formule 14 x Inom, celui-ci nécessite un courant de déclenchement de 14 x 6 A, c’est-à-dire de 84 A. Pour qu’une alimentation électrique de 24 V puisse fournir ces 84 A, sa résistance ne doit toutefois pas dépasser 286 mΩ.
Un exemple pratique de calcul de la résistance de boucle d’un câble de capteur de 5 m de long avec une section de fil de 0,34 mm2 démontre que cette valeur de résistance est irréaliste. Sa résistance est obtenue par la formule R = ρ x l / A, où l est multiplié par deux en raison des lignes d’aller et de retour.
Si les valeurs individuelles sont à présent utilisées en tenant compte de la résistivité ρ du cuivre (0,0178 Ω x mm2/m), le résultat est déjà une résistance de 520 mΩ. Avec les résistances supplémentaires de la ligne de distribution et des brins ainsi que les résistances internes des disjoncteurs de ligne et des bornes de raccordement, la résistance totale s’élève à plus de 1,3 Ω.
En l’appliquant à la formule U = R x I, cela signifie qu’un flux de courant maximal de 18,18 A est possible dans une alimentation électrique de 24 V à régulation électronique. Celui-ci n’est toutefois pas suffisant pour déclencher un disjoncteur de ligne de type C ayant un courant nominal de 6 A. Comme décrit précédemment, il faudrait au moins 84 A.
Explications à propos du fonctionnement des disjoncteurs de ligne et de la résistance de protection. (Source : chaîne Youtube Murrelektronik)
L’entrée en scène du système d’alimentation électrique intelligent MICO
La constatation que les blocs d’alimentation à découpage ne pouvaient pas fournir le courant de déclenchement requis pour les disjoncteurs de ligne a eu des conséquences curieuses. Certains fabricants de machines et d’équipements ont soudainement construit leurs applications avec quatre alimentations au lieu d’une seule, juste pour réduire au minimum les conséquences des surcharges et des courts-circuits.
Il existe encore aujourd’hui sur le marché des applications dans lesquelles deux blocs d’alimentation à découpage alimentent les composants électroniques et le contrôleur dans l’armoire de commande, et deux autres alimentent les actionneurs et les capteurs sur le terrain. Cette approche est toutefois coûteuse, car elle nécessite trois alimentations à régulation électronique supplémentaires.
Outre les coûts d’acquisition supplémentaires, celles-ci nécessitent également un espace supplémentaire dans l’armoire de commande et ne résolvent pas le problème. Il serait alors plus judicieux de former des unités de récepteurs plus petites afin qu’un défaut n’entraîne pas déjà une mise hors tension de la moitié de la machine.
Mais revenons à la réalité.
Déconnecter le plus tôt possible, mais aussi le plus tard possible
Murrelektronik a été confrontée pour la première fois à ces problèmes en 2003 et a réagi rapidement. Après seulement un an de développement, le fabricant d’Oppenweiler, en Allemagne, a présenté au SPS le système d’alimentation électrique intelligent MICO (Murrelektronik Intelligent Current Operator) pour les applications à 24 VCC – et le marché a réagi avec enthousiasme.
Avec leur solution, les inventeurs souabes avaient réussi à concevoir le comportement de mise hors circuit des canaux surveillés de manière à ce qu’ils se déconnectent aussi tôt que nécessaire en cas de court-circuit et de surcharge, mais seulement aussi tard que possible. Les modules, dont la plage de courant peut être réglée à des valeurs fixes, sont donc particulièrement adaptés aux applications dans lesquelles doivent être protégés de nombreux capteurs et actionneurs ayant des contraintes similaires.
Système d’alimentation électrique compact
Mais la surveillance de canal sélective n’était qu’un argument en faveur du MICO. Avec une largeur d’encombrement de 72 mm, le dispositif était déjà 36 mm plus mince que les quatre disjoncteurs de ligne avec un contact de signal chacun qui étaient utilisés auparavant – et comme l’expérience l’a montré, cette approche de protection en combinaison avec une alimentation électrique à régulation électronique ne fonctionne pas du tout ! Les 108 mm utilisés jusqu’à présent sur le rail DIN étaient donc de toute façon une perte de place.
En plus de cela, le temps d’installation nécessaire pour câbler quatre disjoncteurs de ligne avec les contacts de signal correspondants était très long. C’est pourquoi les développeurs de Murrelektronik ont conçu le MICO avec un seul potentiel commun, à partir duquel s’effectue l’accès aux canaux individuels.
Les alimentations électriques surdimensionnées sont inutiles
Et parce que l’entreprise Souabe ne se satisfait pas de la première meilleure solution, elle a déjà doté la toute première version de son système d’alimentation électrique intelligent de caractéristiques adaptées aux besoins de la construction de machines et d’équipements. Cela inclut entre autres le comportement d’enclenchement en cascade.
Ce comportement permet de répartir les courants d’appel, c’est pourquoi les alimentations électriques surdimensionnées ne sont plus nécessaires. Au cours de cette opération, les canaux raccordés s’enclenchent successivement avec un retard d’environ 70 ms. Bien que cette opération ne dure qu’à peine plus de 200 ms pour un appareil à quatre canaux, cela est déjà suffisant pour dimensionner les alimentations à découpage en fonction de la puissance réellement nécessaire. Cela permet de gagner de la place dans l’armoire de commande et de maintenir les coûts d’achat à un faible niveau, car les courants d’appel sont compensés de manière appropriée.
Le MICO surveille des millions de lignes de courant
Avec ses propriétés intelligentes, MICO a gagné la confiance de nombreux fabricants de machines et d’équipements dans le monde entier depuis son introduction il y a 16 ans. À la fin de 2019, il y avait au total dans le monde 8 561 513 lignes de courant surveillées, lesquels garantissent une grande fiabilité opérationnelle dans une grande variété d’applications.
En raison de cette énorme demande de « Sécurité made by Murrelektronik », la famille MICO s’est agrandie successivement au fil du temps afin de pouvoir offrir une solution sur mesure pour chaque application. Le marché apprécie cette polyvalence. La gamme MICO peut donc être comparée en toute confiance à un pilote qui manœuvre en toute sécurité des navires de haute mer dans le canal de Kiel sans en toucher les parois. Et cette sécurité en arrière-plan vous permet ainsi également d’apprécier occasionnellement les paysages qui vous entourent de consulter votre Smartphone, et ce de manière détendue.
--- Fin ---
Système d’alimentation électrique compact
Mais la surveillance de canal sélective n’était qu’un argument en faveur du MICO. Avec une largeur d’encombrement de 72 mm, le dispositif était déjà 36 mm plus mince que les quatre disjoncteurs de ligne avec un contact de signal chacun qui étaient utilisés auparavant – et comme l’expérience l’a montré, cette approche de protection en combinaison avec une alimentation électrique à régulation électronique ne fonctionne pas du tout ! Les 108 mm utilisés jusqu’à présent sur le rail DIN étaient donc de toute façon une perte de place.
En plus de cela, le temps d’installation nécessaire pour câbler quatre disjoncteurs de ligne avec les contacts de signal correspondants était très long. C’est pourquoi les développeurs de Murrelektronik ont conçu le MICO avec un seul potentiel commun, à partir duquel s’effectue l’accès aux canaux individuels.
Les alimentations électriques surdimensionnées sont inutiles
Et parce que l’entreprise Souabe ne se satisfait pas de la première meilleure solution, elle a déjà doté la toute première version de son système d’alimentation électrique intelligent de caractéristiques adaptées aux besoins de la construction de machines et d’équipements. Cela inclut entre autres le comportement d’enclenchement en cascade.
Ce comportement permet de répartir les courants d’appel, c’est pourquoi les alimentations électriques surdimensionnées ne sont plus nécessaires. Au cours de cette opération, les canaux raccordés s’enclenchent successivement avec un retard d’environ 70 ms. Bien que cette opération ne dure qu’à peine plus de 200 ms pour un appareil à quatre canaux, cela est déjà suffisant pour dimensionner les alimentations à découpage en fonction de la puissance réellement nécessaire. Cela permet de gagner de la place dans l’armoire de commande et de maintenir les coûts d’achat à un faible niveau, car les courants d’appel sont compensés de manière appropriée.
Le MICO surveille des millions de lignes de courant
Avec ses propriétés intelligentes, MICO a gagné la confiance de nombreux fabricants de machines et d’équipements dans le monde entier depuis son introduction il y a 16 ans. À la fin de 2019, il y avait au total dans le monde 8 561 513 lignes de courant surveillées, lesquels garantissent une grande fiabilité opérationnelle dans une grande variété d’applications.
En raison de cette énorme demande de « Sécurité made by Murrelektronik », la famille MICO s’est agrandie successivement au fil du temps afin de pouvoir offrir une solution sur mesure pour chaque application. Le marché apprécie cette polyvalence. La gamme MICO peut donc être comparée en toute confiance à un pilote qui manœuvre en toute sécurité des navires de haute mer dans le canal de Kiel sans en toucher les parois. Et cette sécurité en arrière-plan vous permet ainsi également d’apprécier occasionnellement les paysages qui vous entourent de consulter votre Smartphone, et ce de manière détendue.
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Livre blanc à télécharger
Une solution de circuit de commande pour le monde entier
Murrelektronik propose une gamme de solutions pour les alimentations électriques multinormes. Les produits utilisés ici sont harmonisés, coordonnés jusque dans les moindres détails et largement certifiés – l’ensemble de la solution est de ce fait conçu pour respecter toutes les normes pertinentes afin de pouvoir être utilisé dans le monde entier. Le livre blanc présente les avantages des alimentations électriques multinormes et contient des schémas de circuit complets.
Vers le téléchargement du Livre Blanc « Concepts d’alimentation multinormes »
Impressum
Auteur: Markus Back
Photos: Murrelektronik
Une production de «Technik und Wissen» pour le compte de la société Murrelektronik
Informationen
Murrelektronik AG
murrelektronik.ch
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