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.......................................................................... Cahier technique n° 148 Distribution électrique à haute disponibilité A. Lonchampt G. Gatine Collection T echnique Les Cahiers Techniques constituent une collection d’une centaine de titres édités à l’intention des ingénieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complémentaire à celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies électrotechniques et électroniques. Ils permettent également de mieux comprendre les phénomènes rencontrés dans les installations, les systèmes et les équipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thème précis dans les domaines des réseaux électriques, protections, contrôle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent être téléchargés sur Internet à partir du site Schneider Electric. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : Le rendez-vous des experts Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider Electric. La collection des Cahiers Techniques s’insère dans la « Collection Technique » de Schneider Electric. Avertissement L'auteur dégage toute responsabilité consécutive à l'utilisation incorrecte des informations et schémas reproduits dans le présent ouvrage, et ne saurait être tenu responsable ni d'éventuelles erreurs ou omissions, ni de conséquences liées à la mise en œuvre des informations et schémas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie d’un Cahier Technique est autorisée après accord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire : « Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n° (à préciser) ». n° 148 Distribution électrique à haute disponibilité CT 148(e) édition décembre 1990 Guy GATINE Ingénieur chez Merlin Gerin depuis 1982. En 1965 chargé d’étude des moyens de contrôle des semi-conducteurs à la Société Radiotechnique. En 1966, il entre comme responsable d’études dans l’activité automatisme de Merlin Gerin puis travaille dans le département SES (Systèmes Electroniques de Sûreté). Actuellement, toujours au sein du département SES, riche d’une longue expérience acquise dans les domaines du nucléaire et du militaire, il dirige une activité de conseil et de conception d’installations à haut niveau de qualité et de disponibilité. Cahier Technique Schneider Electric n° 148 / p.2 Lexique ASEFA : Association des Stations d’Essais Françaises d’Appareillage, elle fait partie du RNE (Réseau National d’Essais). ASI (Alimentation Sans Interruption) : Composée d’un chargeur de batterie, d’une batterie et d’un onduleur. EWICS : European Workshop In Computer Science, association qui travaille sur les questions de normalisation et de méthodes d’études de sûreté. IFPI : Internal Function Industrial Process, association qui travaille sur les questions de normalisation et de méthodes d’études de sûreté. LCIE : Laboratoire Central d’lndustrie Electronique. MDT (Mean Down Time) : Durée moyenne de la défaillance. MTBF (Mean Time Between Failures) : Temps moyen de fonctionnement d’un dispositif entre deux pannes. MTTF ou MTFF (Mean Time To First Failure) : Temps moyen de bon fonctionnement avant la première défaillance. Cahier Technique Schneider Electric n° 148 / p.3 Distribution électrique à haute disponibilité L’objectif de ce Cahier Technique est d’éclairer le concepteur d’installation électrique sur la manière de concevoir une distribution électrique répondant à un objectif de continuité de fourniture de la tension aux bornes de l’utilisation. Autrement dit : maîtriser la disponibilité de l’énergie pour atteindre : « un objectif de SURETE de fonctionnement ». Sommaire 1 Introduction p. 4 2 Conception d’une architecture de sûreté 2.1 Spécifier p. 5 2.2 Construire p. 6 2.3 Démontrer p. 7 3 Description d’une installation « secourue » 3.1 Les circuits de distribution p. 8 3.2 Le groupe électrogène p. 8 3.3 Les dispositifs d’inversion de source p. 9 3.4 Le secours « courte durée » (onduleur) p. 9 3.5 Le système électronique de contrôle-commande p. 10 3.6 Les critères de fonctionnement p. 10 3.7 Recherche et identification des points faibles p. 10 4 Solutions pour augmenter la disponibilité 4.1 Connaître le niveau de fiabilité des composants p. 11 4.2 Les choix technologiques p. 11 4.3 La tolérance aux pannes p. 14 4.4 Le pilotage de l’installation p. 16 5 Exemple de distribution secourue 5.1 Spécification p. 18 à disponibilité augmentée 5.2 Construction p. 19 5.3 Dispositions relatives à la maintenance p. 19 5.4 Démontrer la disponibilité spécifiée p. 19 6 Conclusion p. 21 Bibliographie p. 22 Cahier Technique Schneider Electric n° 148 / p.4 1 Introduction La sûreté de fonctionnement est une caractéristique fondamentale de tous systèmes, installations et produits. Cette caractéristique dépend de sa conception et de son exploitation. La sûreté décrit l’aptitude d’un système à « fonctionner correctement » au cours de sa vie. Par fonctionner correctement, il faut comprendre : c ne pas tomber en panne (fiabilité), c ne pas connaître de panne dangereuse (sécurité), c être en bon état de fonctionnement le plus souvent possible (disponibilité), c être réparable rapidement (maintenabilité). Quel que soit le système et les efforts de conception et d’exploitation mis en œuvre, le niveau de sûreté est une réalité concrète. Elle doit être : c prise en compte dès la conception, c constatée a posteriori : au cours du fonctionnement de l’installation par comptage des aléas de fonctionnement. L’électricité, source d’énergie moderne, contribue au niveau de sûreté par le fait qu’elle est nécessaire au fonctionnement. Sa disponibilité, ou plutôt son indisponibilité, a des conséquences de plus en plus importantes sur la compétitivité des entreprises : c dans l’industrie un manque d’alimentation provoque une perte de production ; c dans le tertiaire un manque d’alimentation provoque le blocage de l’informatique et l’arrêt des utilités (éclairage, chauffage, ascenseurs…). Plus les systèmes sont complexes, plus le manque d’énergie, même ponctuel, risque d’avoir des conséquences importantes. Dans les années passées la sécurité et la disponibilité ont surtout été développées et maîtrisées dans les domaines tels que nucléaire, militaire, spatial. Aujourd’hui la disponibilité de l’énergie est une préoccupation certaine au niveau de l’intelligence, du contrôle des systèmes les plus variés et, de plus en plus, au niveau de l’alimentation de puissance de ces systèmes. Les installations électriques, particulièrement au niveau des utilisations sensibles, doivent être conçues pour limiter l’occurrence et les conséquences des pannes du réseau de distribution public (appelé secteur dans la suite du Cahier Technique). Cahier Technique Schneider Electric n° 148 / p.5 2 Conception d’une architecture de sûreté La démarche de conception adoptée permet, à partir d’une architecture initiale simple et minimale, de mettre en évidence les points forts et les points faibles d’une alimentation électrique, parfois appelée station d’énergie. Les points faibles sont alors renforcés : c robustesse et qualité des constituants accrues, c redondance de matériels (duplication, « triplication »…). La conception est donc optimisée en vue d’atteindre le niveau de sûreté requis : l’effort de conception concerne uniquement les points faibles de l’architecture. Cette démarche nécessite l’emploi d’une méthodologie de conception rigoureuse, ainsi que l’utilisation des techniques de sûreté. La conception (cf. fig. 1 ) se déroule en trois étapes : c spécifier, c concevoir/construire, c démontrer. La sûreté d’un système, à partir de spécifications, est bien illustrée par la définition même de la sûreté telle qu’elle est utilisée par les groupes de travail spécialisés dans la sûreté Spécifier Construire Démontrer Dialogue utilisateur/concepteur Fig. 1 : méthode de conception. de fonctionnement, lFlP au niveau mondial et EWICS au niveau européen : Qualité du service délivré de manière à ce que l’utilisateur ait en lui une confiance justifiée. La conception d’un système de sûreté nécessite donc de spécifier le service attendu (connaître le besoin), de construire ce service (qualité de conception), et de démontrer que la solution est conforme à la spécification de sûreté (confiance justifiée). 2.1 Spécifier La spécification des contraintes de sûreté permet d’identifier la « cible » à atteindre et, par la suite, de doser l’effort de conception. C’est une étape déterminante vis-à-vis de l’architecture. Cette spécification peut être basée sur : c l’historique de « dysfonctionnement » d’installations similaires (stations d’énergie existantes) ; c des normes (ex : MIL) ou des recommandations ; c des analyses économiques, qui permettent de déterminer le coût d’un arrêt d’installation (conséquences directes et indirectes) suite à une défaillance ; c une identification des événements les plus redoutés. La sûreté est une notion générique qui comprend quatre critères : c fiabilité, c sécurité, c disponibilité, c maintenabilité. Le Cahier Technique n° 144 « Introduction à la conception de la sûreté » donne entre autre une définition précise et officielle de ces termes. Le « spécificateur » doit déterminer, en utilisant ces critères, les caractéristiques de sûreté de son installation, à travers ces quatre critères, qui sont bien sûr quantifiables. Il s’agit donc, par un dialogue avec le client, de déterminer quels sont les événements redoutés et quelle est la probabilité acceptable d’apparition de ces événements en fonction de la gravité de leurs conséquences. Cahier Technique Schneider Electric n° 148 / p.6 2.2 Construire Les objectifs de sûreté étant déterminés, il s’agit de « construire » le système de sûreté (« comment empêcher l’occurrence de pannes » et les maîtriser). Les moyens d’y parvenir sont définis ci-après. c Qualité : un système de sûreté est avant tout un système de qualité (évitement de panne). La qualité doit être prise en compte à uploads/Ingenierie_Lourd/ ct148-pdf.pdf