Une révolution dans la technologie d’extinction d’arc

 

Commandité par Eaton

juin 7, 2018

Le danger associé avec l’éclair d’arc électrique est bien connu avec ceux qui travaillent dans l’industrie électrique, mais la connaissance du danger potentiel ne l’enlève pas, bien que cela aide certainement à limiter le risque d’incident.

Bien que la sensibilisation, l’ingénierie et les contrôles administratifs aient augmenté, on estime toujours qu’il y a entre 5 et 10 incidents d’éclairs d’arcs électriques par jour en Amérique du Nord.  Les événements d’éclairs d’arcs électriques se produisent lorsque l’isolation ou la distance d’isolation entre les conducteurs sous tension est compromise, permettant le courant de circuler dans l’air entre les conducteurs. Les causes principales des événements d’éclairs d’arcs électriques comprennent les outils laissés à l’intérieur de l’équipement après la maintenance, les connexions électriques desserrées, les animaux entrant dans l’équipement pour rester au chaud ou l’absorption d’eau ou d’autres matériaux conducteurs.  Pour réduire le risque d’éclair d’arc électrique, il existe de nombreuses normes en Amérique du Nord qui identifient les méthodes de réduction de l’énergie incidente, par exemple CSA Z462 – 2018 and NFPA 70E – 2018. 

Il y a également plusieurs lois légales en place pour protéger les travailleurs opérant dans des endroits dangereux, tels que ceux présentés par le travail électrique.  Par exemple, la loi sur la santé et la sécurité au travail (LSST) souligne que les employeurs doivent «prendre toutes les précautions raisonnables dans les circonstances pour la protection des travailleurs» et peut imposer des amendes sur les corporations jusqu’à 600 000 $ par infraction et jusqu’à 27 500 $ ou 1 an en prison.  Ce mandat ne se réfère pas spécifiquement aux incidents d’éclairs d’arcs électriques, mais ils tombent certainement sous cette couverture.

D’autres provinces ont directement abordé les préoccupations concernant les éclairs d’arcs électriques.  La code de la santé et la sécurité au travail d’Alberta exige que les travailleurs exposés à l’équipement électrique portent des vêtements de protection contre les flammes et d’autres équipements de protection individuelle (EPI) appropriés à ces dangers.

À l’échelle fédérale, il n’y a pas de règlement spécifique concernant les préoccupations liées aux éclairs d’arcs électriques.  En 2004, le projet de loi C-45 établissait une obligation en vertu du Code criminel du Canada pour les employeurs, les gestionnaires et les superviseurs.  Sous ce projet de loi, il n’y a pas de limite d’amende spécifique, mais les individus reconnus coupables de négligence causant la mort peuvent faire face à la vie en prison.

Ayant pris note de ces règlements, ceux qui travaillent avec l’électricité sont incontestablement au travail dans une profession dangereuse où des erreurs mineures ou un équipement défectueux posent de graves problèmes. Cependant, l’utilisation d’EPI approprié, le respect des procédures de sécurité et des aides à la formation, peuvent minimiser les incidents d’éclairs d’arcs électriques. S’assurer que le personnel a la formation appropriée, come l’entraînement d’Eaton sur les dangers des éclairs d’arcs électriques ou à l’outil de lancement de prévention des incendies d’arc en ligne, qui fournit des détails sur la sécurité des éclairs d’arcs électriques et les listes de vérification de sécurité des éclairs d’arcs électriques, est une mesure simple qui peut être pris pour protéger les employés et l’entreprise.

Cependant, dans cet article, nous allons au-delà de la formation et de la sensibilisation pour examiner spécifiquement les progrès techniques qui ont été réalisés pour protéger les travailleurs en cas d’éclair d’arc électrique, et en particulier un nouveau produit de niveau suivant, développé par Eaton.

Eaton et l’industrie en général accordent de plus en plus d’attention à la réduction de l’énergie des arcs en tant que moyen essentiel pour la sécurité des éclairs d’arcs électriques.  Parmi les diverses méthodes de réduction de l’énergie des éclairs d’arcs électriques, les plus prometteuses sont les systèmes d’atténuation des éclairs d’arcs électriques à réduction d’énergie active.  Cependant, pour bien comprendre cette approche révolutionnaire, nous devons examiner brièvement les méthodes traditionnelles de réduction de l’énergie des arcs électriques.

Les méthodes de réduction de l’énergie des arcs appartiennent généralement à plusieurs catégories, y compris l’interverrouillage sélectif de zone, les relais différentiels de bus et les relais de détection d’arc. Le problème principal avec ces méthodes est qu’elles dépendent du déclenchement d’un disjoncteur en amont pour dégager le défaut.  Cependant, le temps nécessaire à un disjoncteur pour effacer le défaut peut ne pas être assez rapide et de manière adéquate pour réduire le risque posé par l’éclair d’arc électrique.

Par exemple, Eaton a déterminé qu’une onde de pression d’éclair d’arc électrique dans un appareillage de commutation fermé à basse tension en métal dure environ 7 millisecondes. Cependant, un appareillage à basse tension employant les méthodes de réduction de l’énergie de l’arc susmentionnées peut prendre jusqu’à 4 cycles ou 67 millisecondes pour éliminer le défaut.  Pour qu’un système soit le plus efficace, le temps de fonctionnement total de la réduction de l’énergie de l’arc doit être inférieur à 7 millisecondes.  À l’heure actuelle, les dispositifs capables de réduire l’énergie des arcs dans ce délai sont classés comme systèmes d’atténuation des arcs électriques actifs réduisant l’énergie.

 Auparavant, les systèmes d’atténuation des arcs électriques actifs réducteurs d’énergie étaient limités par le temps de dégagement du dispositif de protection contre les surintensités en amont.  Cependant, la trempe à l’arc, qui utilise un autre moyen de réduction de la consommation d’énergie, est également classée comme un système de réduction de l’énergie des éclairs d’arcs électriques actifs.

La trempe à l’arc fonctionne à l’unisson avec un relais d’arc électrique pour détecter l’allumage d’un défaut d’arc.  Une fois détecté, le relais d’arc électriques envoie deux signaux, un pour déclencher le disjoncteur principal ou en amont et un autre pour le dispositif de trempe d’arc.  Une fois que le dispositif de trempe a reçu le signal, le défaut d’arc commute vers le dispositif de trempe où il est contenu en toute sécurité.  Cette commutation, ou trempe, peut se produire en moins d’un cycle, beaucoup plus rapidement que le temps de dégagement d’un disjoncteur de puissance.  Cela réduit l’énergie incidente et réduit les dommages causés par les éclairs d’arcs électriques à l’appareillage de commutation.

Il existe deux principales formes de dispositifs de trempe à l’arc.  Le premier est un dispositif qui crée un chemin de courant à très basse impédance en appliquant un défaut boulonné triphasé à l’équipement qui fait tomber la tension du système, éteignant l’arc, ce qui oblige alors le disjoncteur amont à dégager le défaut boulonné.  Cette méthode génère un courant de défaut de crête maximal lors du déclenchement, ce qui peut endommager les terminaisons de câble, les contreventements de bus et les enroulements du transformateur amont.  L’utilisation du système nécessite de calculer les risques d’un équipement endommageant les éclairs d’arcs électriques sans système de défaut boulonné contre un système boulonné qui endommage l’équipement en amont.

Puisque les dispositifs de défaut boulonnés ont une probabilité importante d’endommager l’équipement de distribution en amont pendant le fonctionnement, l’industrie a répondu avec des solutions innovatrices qui limitent le courant de défaut de pointe lorsqu’un dispositif de trempe fonctionne.  Ces dispositifs fonctionnent en créant un chemin de courant à faible impédance en utilisant un défaut d’arc contrôlé, et non un défaut boulonné, qui est entièrement contenu à l’intérieur du dispositif de trempe à l’arc.  Le chemin contrôlé a une impédance plus faible que le défaut d’arc d’origine, mais une impédance plus élevée qu’un défaut boulonné, ce qui limite le courant de défaut de crête.  Il en résulte un courant de défaut de pointe d’au moins 25% inférieur à celui d’un dispositif de défaut boulonné, ce qui réduit considérablement les contraintes sur l’équipement en amont tout en maintenant une réduction équivalente ou améliorée de l’énergie incidente.  Ces dispositifs sont appelés dispositifs de trempe d’arc à limitation de courant.

Les systèmes de trempe à l’arc ont la séquence de fonctionnement suivante:

– Détection d’arc

– Transfert d’arc

– Confinement d’arc

La détection immédiate d’un éclair d’arc électrique est nécessaire pour envoyer un signal de déclenchement au dispositif de trempe d’arc. Heureusement, les éclairs d’arcs électriques ont des caractéristiques typiques qui les rendent facilement détectables.  Les relais d’arcs électriques peuvent en détecter un, ou une combinaison des caractéristiques d’éclairs d’arcs électriques suivantes:

– Courant élevé

– Lumière intense

– Tension erratique

– Onde de pression

La plupart des solutions de détection d’arc sur le marché détectent aujourd’hui l’éclair de lumière et l’augmententaton du courant présent lorsqu’un éclair d’arc électrique se produit.  Et si la détection de la lumière et du courant est supposée d’éliminer le risque d’opérations intempestives, elle peut ne pas être suffisante dans les applications à basse tension où un disjoncteur dégageant un défaut en aval peut émettre un éclair de lumière visible.  Par conséquent, dans les applications à basse tension, il peut être nécessaire d’interverrouiller le fonctionnement de tous les disjoncteurs avec le relais de protection contre les éclairs d’arcs électriques afin de véritablement éliminer le risque de fonctionnement intempestif.

Lorsque l’éclair d’arc électrique est détecté, un signal de déclenchement est envoyé au dispositif de désactivation d’arc pour déclencher le transfert d’arc.  Le transfert d’arc dans un dispositif de trempe d’arc fonctionne selon la loi courant de Kirchhoff.  Si un nouveau chemin de courant avec une impédance inférieure est introduit, le courant se divisera, et si cette branche d’impédance est suffisamment basse, le courant se réduit au point où la faute d’arc involontaire s’éteint.

Après le transfert de l’arc, l’énergie doit être contenue. Avec un système boulonné, l’énergie reste dans le flux de courant à travers les conducteurs et mécaniquement par le renforcement des conducteurs.  En comparaison, avec un système de trempe d’arc limitant le courant, un récipient de confinement d’arc contient l’énergie sous forme de défaut d’arc contrôlé et doit donc être conçu pour supporter une chaleur et une pression énormes jusqu’à ce que le disjoncteur amont ouvre et désexcite la gamme.

Un dernier aspect lorsqu’on considère les systèmes de trempe à l’arc est qu’ils sont des systèmes électroniques qui nécessitent une maintenance et des essais.  Cependant, les systèmes les plus récents sont équipés de la surveillance en temps réel de leurs propres systèmes et fonctionnalités, connue sous le nom d’auto-supervision du système.  La capacité de surveiller le système en temps réel est très précieuse et fournit une couche supplémentaire de confiance.

Les systèmes de trempe à l’arc limitant le courant représentent un progrès révolutionnaire et offrent une alternative aux méthodes traditionnelles de réduction d’arc et de construction résistant aux arcs.

Eaton est un chef de file dans la sécurité des éclairs d’ arcs électriques et a reconnu le besoin de l’industrie pour les systèmes de trempe à l’arc et a répondu à l’appel avec le développement de leur appareillage de commutation l’Arc Quenching Magnum DS.

Contrairement à d’autres méthodes de réduction de l’énergie de l’arc, l’appareillage de commutation l’Arc Quenching Switchgear de Eaton ne nécessite pas d’activation par un opérateur; la technologie est active chaque fois que le système est alimenté et peut éteindre un défaut d’arc en moins de 4 millisecondes.  De plus, le système de trempe à l’arc peut être utilisé avec d’autres solutions de sécurité, y compris l’enclenchement sélectif de zone, la technologie Arcflash Reduction Maintenance System ou dans une construction traditionnelle résistante à l’arc pour créer une approche de sécurité en couches.

L’Arc Quenching Switchgear de Eaton fournit également une protection résistante à l’arc sans avoir besoin de conduits, de plénums, de ventilation dans la pièce ou de construction d’enceinte spéciale.  La conception est conçue pour être sûre pendant le fonctionnement, assurant une protection contre les éclairs d’arcs électriques même si les disjoncteurs d’alimentation sont retirés ou que les portes de l’équipement sont ouvertes.

«L’Arc Quenching Switchgear de Eaton fournit une nouvelle et puissante méthode pour faire progresser la sécurité et la protection de l’équipement pour les applications d’appareillage basse tension.  Cette technologie révolutionnaire permet à l’équipement de résister à un événement d’éclair d’arc électrique avec peu ou pas de dommages, ce qui réduit considérablement les temps d’arrêt,» note Dave Matthews, directeur de la commercialisation de gamme de produits chez Eaton Canada.  Dave a également noté que «cette technologie s’appuie sur des décennies d’innovation d’Eaton en matière de sécurité, offrant une protection inégalée pour améliorer la sécurité grâce à des innovations et des services tels que notre technologie Arcflash Reduction Maintenance System, nos appareillages résistants à l’arc, nos études des éclairs d’arcs électriques et nos programmes de formation à main.»

En résumé, l’éclair d’arc électrique est un danger pour beaucoup dans l’industrie électrique, mais une combinaison de formation, de bonnes pratiques et d’utilisation de technologies modernes, telles que les systèmes de protection contre les éclairs d’arcs électriques, limitent les dommages aux équipements et la sécurité des travailleurs.

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