L'intégrité opérationnelle des systèmes électriques, qu'il s'agisse de vastes réseaux de distribution haute tension (MT) ou d'architectures embarquées complexes sur des trimarans de course, repose sur une rigueur absolue dans la conception, l'installation et la maintenance. La sécurité des équipements et du personnel dépend de protocoles stricts, de dispositifs d'interverrouillage mécaniques et électromécaniques, ainsi que du respect rigoureux des normes internationales.
Schémas d’interverrouillage et sécurité des installations moyenne tension
Un schéma d’interverrouillage est destiné à prévenir le personnel de toutes manœuvres anormales. Certaines de ces manœuvres risquent de l’exposer à des dangers électriques, d’autres conduisent seulement à un incident électrique. Les fonctions d’interverrouillage peuvent être introduites dans une unité fonctionnelle spécifique : certaines de ces fonctions sont exigées par la norme CEI 62271-200 pour l’appareillage MT sous enveloppe métallique mais d’autres résultent du choix de l’utilisateur. Pour accéder au tableau MT, il est nécessaire d’effectuer un certain nombre de manœuvres dans un ordre déterminé. Il faudra aussi réaliser ces manœuvres dans un ordre inverse pour remettre l’installation en service.
Des procédures propres à l’utilisateur et/ou des interverrouillages dédiés garantissent que les manœuvres requises sont effectuées dans le bon ordre. Alors la cellule accessible sera consignée avec une indication "accessible par verrouillage" ou "accessible suivant procédure". Au delà des verrouillages disponibles pour une unité fonctionnelle donnée, les verrouillages et interverrouillages les plus fréquemment utilisés sont des dispositifs à transfert de clés. C’est ainsi que pour accéder à une cellule moyenne tension, il faut effectuer un certain nombre d’opérations dans un ordre déterminé. Ces conditions peuvent être combinées en séquences obligatoires et uniques, garantissant ainsi la sécurité des manœuvres qui seront effectuées. Il est important de prévoir les dispositifs de verrouillage dès la conception du réseau MT et BT. Utiliser des interverrouillages ou des procédures utilisateurs ne doit pas avoir d’effet sur la continuité de service.
L’accès aux bornes de connexion MT et BT du transformateur, protégé en amont par une cellule de protection interrupteur-fusibles MT (comprenant un interrupteur-sectionneur MT, les fusibles MT et un sectionneur de terre MT), doit être réalisé en conformité avec la procédure stricte décrite ci-dessous.
Procédure de mise en sécurité d'un transformateur
La configuration initiale implique un tableau BT sous tension, un interrupteur MT fermé, un disjoncteur BT fermé, et un sectionneur de terre ouvert et verrouillé avec la clé O prisonnière.
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- Étape 1 : L'interrupteur est fermé, le disjoncteur BT ouvert et verrouillé, le sectionneur de terre ouvert et verrouillé. La clé O est libérée.
- Étape 2 : L'interrupteur est ouvert, le disjoncteur BT reste ouvert et verrouillé, et le sectionneur de terre est déverrouillé. La clé O redevient prisonnière.
- Étape 3 : L'interrupteur est ouvert, le disjoncteur BT ouvert et verrouillé, le sectionneur de terre est fermé et verrouillé. La clé O est prisonnière.
- Étape 4 : L'interrupteur reste ouvert, le disjoncteur BT ouvert et verrouillé, le sectionneur de terre fermé et verrouillé, tandis que la porte du compartiment transformateur est ouverte. La clé O est prisonnière.
Le panneau d’accès aux fusibles MT peut maintenant être enlevé (c’est-à-dire est déverrouillé par la fermeture du sectionneur de terre). La clef "S" placée à l’intérieur du compartiment derrière ce panneau est prisonnière tant que l’interrupteur MT est fermé. Dans les deux cas, si une ou plusieurs bornes MT sont rendues accessibles (dénudées par le débrochage des prises ou par le retrait du capot), la clef "S" reste prisonnière dans la boîte de verrouillage. Ceci permet d’intervenir sur ces bornes en étant sûr qu’elles sont hors tension (personne ne peut utiliser la clef "S" sans avoir préalablement remis les prises embrochables ou le capot). Le sectionneur de terre MT est en position "fermé" mais n’est pas verrouillé, c’est-à-dire il peut être ouvert ou fermé, ce qui permet, par ouverture, des essais sur les têtes de câbles. L’accès au transformateur, isolé et mis à la terre, est parfaitement sécurisé. Il faut noter que les bornes de connexion amont de l’interrupteur-sectionneur peuvent rester sous tension dans la procédure décrite ci-dessus du fait que celles-ci sont situées dans un compartiment séparé et non accessible dans le cas de l’appareillage de l’exemple ci-dessus. Si le sectionneur de terre est sur un circuit d’arrivée, les interrupteurs-sectionneurs associés sont ceux situés aux deux extrémités du circuit et ils doivent être interverrouillés de façon adaptée.
Spécifications pour les réseaux d'alimentation et génératrices de secours
L’énergie électrique disponible doit suffire à alimenter toutes les charges essentielles à la sécurité en cas d’urgence, compte tenu des charges qui peuvent avoir à fonctionner simultanément. Un système de démarrage automatique doit être prévu pour le démarrage lorsque la source principale d’alimentation électrique fait défaut, avec une connexion directe au tableau de distribution de secours. Les charges visées doivent être reliées automatiquement à la génératrice de secours ; le système de démarrage automatique et les caractéristiques du moteur primaire doivent permettre à la génératrice de secours d’alimenter sa pleine charge nominale aussi rapidement et sûrement que possible, et en 45 secondes tout au plus.
Le tableau de distribution de secours doit normalement être alimenté à partir du tableau de distribution principal par une artère d’interconnexion, qui doit être suffisamment protégée contre la surcharge et les courts-circuits. Le montage du tableau de distribution de secours doit assurer le débranchement automatique de l’artère d’interconnexion au tableau de distribution de secours en cas de panne de la source d’alimentation électrique principale. L’équipement des génératrices de secours, les dispositifs de commande et leur câblage ne doivent pas être installés au même endroit que l’équipement et les dispositifs qui commandent, alimentent et distribuent l’énergie de la source principale d’alimentation électrique à moins que les dispositifs ne soient à sécurité intégrée.
Nonobstant toute autre considération, l’équipement électrique fabriqué à l’extérieur du Canada doit satisfaire à la dernière version d’une règle ou d’un code applicable établi par une société, une administration ou une société de classification reconnue. Il doit y avoir un tapis non conducteur ou un caillebotis en bois imprégné devant les ensembles renfermant les disjoncteurs et les appareils de commande, ainsi qu’à l’arrière et sur les côtés si l’accès y est nécessaire pour le fonctionnement et l’entretien de ces pièces. Il faut éviter d’installer de l’équipement électrique dans tout endroit dangereux où des poussières explosives et des gaz ou vapeurs inflammables risquent de s’accumuler, sauf si cet équipement est essentiel pour la sécurité ou pour les procédures opérationnelles du navire.
Calculs et protection des circuits
Pour l’estimation du courant de court-circuit présumé dans les circuits c.a., il faut calculer le courant maximal disponible en fonction de la somme de la contribution de toutes les génératrices qui peuvent fonctionner en parallèle en même temps quand se produit un défaut triphasé aux bornes du côté de la charge du dispositif de protection. Dans ces conditions, il faut choisir les disjoncteurs tripolaires en fonction de la valeur efficace asymétrique moyenne du courant dans les trois phases, et choisir les fusibles en fonction de la valeur efficace asymétrique maximale du courant qui circule dans une des trois phases. On obtient les valeurs efficaces asymétriques du courant en appliquant aux valeurs symétriques les facteurs Kl et K2. La réactance inductive (X) et la résistance (R) du circuit considéré permettent de déterminer le rapport X/R.
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Les barres omnibus doivent être dimensionnées de façon à limiter leurs échauffements à 50 °C à leurs courants nominaux. Dans le cas d’une génératrice unique, les barres doivent avoir une capacité égale au régime continu nominal de la génératrice, plus tout régime de surcharge supérieur à 30 minutes. Pour une installation comprenant plusieurs génératrices dont la totalité est reliée à une section des barres, la capacité des barres pour la première génératrice doit être identique à celle d’une installation ayant une génératrice unique; pour chaque génératrice supplémentaire, on doit accroître la capacité des barres de 80 % de la valeur du régime continu nominal de la génératrice ajoutée. Les barres des tableaux de distribution d’artères doivent avoir une capacité minimale non inférieure à 75 % du courant nominal pleine charge combiné de toutes les charges, plus 50 % de la capacité nominale des disjoncteurs de réserve installés ou prévus.
Installations électriques marines : Normes et spécifications de câblage
Le câblage électrique marin est un système électrique spécialisé conçu pour distribuer l'énergie en toute sécurité à bord des bateaux et autres navires, tout en résistant aux environnements marins difficiles, aux vibrations constantes et à l'humidité. Un câblage électrique marin adéquat prévient les incendies d'origine électrique et les dommages causés par la corrosion, et garantit une distribution fiable de l'énergie pour la navigation, les équipements de sécurité et les systèmes embarqués.
La construction et la conception des bateaux de plaisance sont soumises à la réglementation sur les installations électriques, notamment les normes ISO 13297, ISO 8846 et ISO 10133. La section des câbles doit être telle que la tension constatée aux bornes de l’appareil alimenté ne doit pas être inférieure de plus de 5 % à celle des bornes de la batterie. Les câbles ne doivent pas circuler dans les fonds, ni là où ils risquent une immersion. Leur isolant doit résister à l’eau de mer et aux hydrocarbures.
Différences entre câblage marin et câblage domestique
Le câblage électrique marin diffère considérablement des systèmes électriques domestiques en raison des défis uniques posés par le milieu marin :
- Environnement : L'eau salée, l'humidité et les vibrations imposent des contraintes absentes des milieux domestiques secs. La prévention de la corrosion est essentielle.
- Matériaux : Le fil de cuivre étamé est obligatoire en milieu marin pour résister à la corrosion par l’eau salée, contrairement au cuivre standard utilisé dans le résidentiel.
- Étanchéité : Les connexions marines exigent des techniques spécifiques comme les bornes thermorétractables pour prévenir les infiltrations d'eau.
- Normes : Les installations doivent suivre l'ABYC E-11, tandis que le câblage domestique suit généralement les codes électriques nationaux (NEC).
Types de câbles et sélection
Les catégories principales de câbles marins incluent le fil primaire (courant continu basse tension jusqu'à 60V CC) utilisé pour l'éclairage et l'électronique, le fil duplex (deux conducteurs dans une veste), et le câble triplex. La norme ABYC E-11 régit ces systèmes, imposant que les conducteurs soient en cuivre étamé recuit. Pour les câbles de calibre 14 AWG et inférieurs, un minimum de 19 brins est exigé. Tous les câbles doivent être soutenus tous les 45 cm. Aucun fil de calibre inférieur à 16 AWG n'est autorisé, sauf pour des applications spécifiques.
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Le calcul de la chute de tension est crucial : Formule : Chute de tension = (2 × Longueur × Courant × Résistance) ÷ 1000. Il convient de prévoir une chute de tension maximale de 3 % pour les systèmes critiques.
Gestion de l'énergie et sécurité à bord : Le cas des navires de haute performance
Sur un trimaran de course, tel que le SVR Lazartigue, la gestion de l'énergie est un défi d'autonomie. Le skipper François Gabart détaille la gestion de l'énergie à bord, évoquant la manière dont il tente de répondre aux multiples questions que pose l'autonomie en mer, tout en contribuant à la préservation de l'environnement. Ces navires "géants et volants" nécessitent une optimisation extrême de la chaîne de production d'énergie, de la charge des batteries à la distribution vers les systèmes de navigation et les servocommandes.
Dans le cas des groupes électrogènes c.a. et c.c. de bord, les régulateurs électroniques de la vitesse du moteur primaire doivent être reliés à deux sources d’alimentation électrique, dont l’une doit être une batterie d’accumulateurs. En cas de panne de l’alimentation « normale », le régulateur doit être automatiquement transféré à la batterie servant de source d’alimentation de relève. Dans le local de commande des machines principales, il doit y avoir une alarme sonore et/ou visuelle indiquant que le régulateur a été branché à la batterie. Chaque régulateur doit être protégé séparément afin d’éviter qu’une panne d’un des régulateurs ne rende d’autres régulateurs inutilisables.
Prescriptions pour installations spéciales : Marinas et parcs de caravanes
L’installation électrique des emplacements spéciaux présente certaines règles particulières à suivre afin d’assurer la sécurité et la performance des équipements. Pour les marinas, la norme interdit l’utilisation des lignes aériennes, des conducteurs isolés sous conduits, ainsi que des câbles avec des conducteurs en aluminium. Les câbles doivent être sélectionnés et installés pour éviter les dommages mécaniques causés par les marées et les autres mouvements des structures flottantes. Les coffrets avec des socles de prises de courant pour l’alimentation des bateaux de plaisance doivent être placés le plus près des points d’amarrage à alimenter et présenter des degrés de protection minimaux IP44 et IK08, avec des enveloppes résistantes à la corrosion.
Pour les parcs de caravane, les canalisations enterrées doivent être réalisées selon les exigences de la norme et placées en dehors de toute surface où des piquets de tente ou des crochets d’ancrage peuvent être implantés. Pour les lignes aériennes, il est nécessaire d’isoler tous les conducteurs. Les lignes aériennes doivent être installées à une hauteur au-dessus du sol supérieure ou égale à 6 m dans tous les endroits où les véhicules peuvent se déplacer, et à 3,5 m dans les autres endroits. Le point d’alimentation électrique doit être situé au bord de l’emplacement, et à 20 m au plus du point de connexion du véhicule de loisirs ou de la tente.