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Plus sécuritaire dès la conception : techniques de réduction de l’énergie d’arc

Les mesures de sécurité contre les arcs électriques sont importantes

Travailler avec des équipements électriques sous tension comporte des risques inhérents. Même l’inspection des équipements électriques peut exposer les employés à des risques de décharge électrique et autres.

Pour améliorer la sécurité, les travaux sur les systèmes électriques doivent être effectués lorsque ces derniers sont hors tension. Malheureusement, cette approche n’est tout simplement pas pratique ou possible dans une multitude d’applications. De plus, les étapes nécessaires pour vérifier qu’un circuit électrique est bien hors tension peuvent également mettre le personnel en danger.

Selon les données du Bureau of Labor Statistics des États-Unis, les dangers liés au travail sur des équipements électriques sous tension sont clairs

Blessures électriques mortelles chez les travailleurs aux États-Unis entre 1992 et 2013
6 000
Blessures électriques mortelles chez les travailleurs aux États-Unis entre 1992 et 2013
Blessures non mortelles aux États-Unis entre 2003 et 2012
24 000
Blessures non mortelles aux États-Unis entre 2003 et 2012
Les événements liés aux arcs électriques contribuent à ces incidents et l’exposition à l’arc électrique est sans doute l’un des problèmes de sécurité les plus importants dans les applications de distribution d’énergie électrique.

Contrôles techniques pour l’atténuation des arcs électriques

La norme NFPA 70E décrit six méthodes de contrôle des risques, y compris la prévention et la protection contre les risques. Cette hiérarchie comprend des contrôles techniques, qui peuvent être utilisés pour réduire l’impact de la gravité d’un événement d’arc. Ces stratégies sont les suivantes :

  1. Puissance de l’arc (c.-à-d. le courant de défaut disponible)
  2. Distance par rapport à l’arc
  3. Durée
Bien que dans de nombreuses applications il soit difficile de modifier le courant de défaut disponible ou la proximité entre l’événement inconnu et le travailleur d’entretien, la durée de l’événement peut être considérablement réduite. 
 
Les techniques de base pour raccourcir les arcs électriques en réduisant les temps de dégagement sont les suivantes :
  • Interverrouillage sélectif par zone, actif en tout temps
  • Activation d’un commutateur d’entretien à réduction d’énergie comme la technologie du système de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien, afin de raccourcir la durée d’arc. N’est opérationnel que lorsqu’il est activé
  • Utilisation des capacités de déclenchement instantané d’un disjoncteur
  • Systèmes d’atténuation active des arcs électriques permettant de réduire le niveau d’énergie

Verrouillage sélectif de zone (ZSI)

Le ZSI est conçu pour réduire les contraintes thermique et mécanique sur les équipements de distribution électrique pendant un court-circuit ou une fuite à la terre qui se produit dans la zone de protection. Le ZSI déclenche le disjoncteur en amont le plus proche en cas de court-circuit ou de fuite à la terre afin de contourner les délais programmés pour la coordination. Ce schéma de protection aide à réduire l’énergie des arcs électriques en déclenchant les disjoncteurs plus rapidement que les réglages programmés.

Le schéma ZSI utilise un signal de « retenue » transmis au prochain disjoncteur en amont par les disjoncteurs en aval qui détectent un défaut. Le disjoncteur en amont détecte à la fois le courant de défaut et le signal de retenue et conserve donc ses délais programmés, ce qui permet au disjoncteur en aval d’éliminer le défaut. 

 

 

Dans l’exemple de système illustré, le disjoncteur de la zone 1 est programmé avec un délai de 300 ms et le disjoncteur de la zone 2 est programmé avec un délai de 200 ms afin d’assurer une sélectivité. Un défaut s’est produit entre les disjoncteurs de la zone 2 et de la zone 3. Dans ce cas, le disjoncteur de la zone 2 détectera le défaut et enverra un signal au disjoncteur de la zone 1 en amont. Ce qui indique au disjoncteur de la zone 1 de conserver son délai programmé de 300 ms. Le disjoncteur de la zone 2 ne reçoit PAS de signal du disjoncteur de la zone 3, parce que le défaut est en amont du disjoncteur de la zone 3. Par conséquent, le disjoncteur de la zone 2 contournera son délai programmé de 200 ms et se déclenchera plus rapidement, réduisant ainsi l’énergie d’arc électrique et les dommages aux équipements.

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Avantages, défis et considérations clés :

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Économique

Offre une protection presque équivalente à celle des schémas de relais différentiels 

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Largement disponible

Disponibilité avec une vaste gamme de relais de protection et élimination des problèmes de déclenchement intempestif. Le ZSI peut également être appliqué aux systèmes à moyenne tension, aux systèmes à basse tension, sur les transformateurs de sous-station

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Toujours allumé

Toujours actif et ne nécessite aucune intervention manuelle

Système de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien

Le système de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien d’Eaton utilise une voie de dérivation distincte strictement analogique, contournant l’unité de déclenchement électronique pour économiser les millisecondes critiques par rapport à l’utilisation de paramètres de déclenchement instantané. Cela offre le temps de dégagement du disjoncteur le plus rapide possible, ce qui se traduit par une exposition à une énergie d’arc plus faible pour le travailleur. 
Cette technologie est conçue pour être utilisée par le personnel lorsqu’il doit effectuer des travaux sur des équipements électriques sous tension, comme le permet la norme NFPA 70E. Elle est conçue pour être utilisée uniquement pendant la période d’exposition d’un travailleur au risque d’arc électrique et peut être utilisée en plus de toutes les autres solutions traditionnelles appropriées pour la réduction des arcs électriques. Cette technologie peut réduire l’énergie d’arc de plus de 60 %.
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Trois méthodes pour activer le système de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien (ARMS)

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Directement sur le devant du relais de protectionLe personnel d’entretien peut être tenu de s’habiller avec l’ÉPI approprié pour activer le système.
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Par un interrupteur à distance avec un voyant lumineux. L’interrupteur et le voyant peuvent être montés localement sur l’appareillage ou se trouver à distance. (Si situé en dehors de la limite d’arc électrique, aucun ÉPI n’est requis pour ce fonctionnement à distance.)
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À distance par l’entremise de communications (aucun ÉPI n’est requis pour ce fonctionnement à distance).
Toutes les méthodes peuvent être vérifiées par le voyant lumineux indiquant que le mode d’entretien est activé.

Avantages, défis et considérations clés

Protection maximale combinant le ZSI et le système de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien

Le commutateur de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien peut être utilisé conjointement avec d’autres méthodes de réduction et peut être combiné avec le ZSI pour une protection maximale.

Le ZSI peut fournir une protection améliorée à un système de distribution de l’alimentation. Une fois correctement installé, le ZSI est actif en tout temps et agit pour fournir des temps de déclenchement plus rapides et des énergies d’arc électrique plus faibles, ce qui réduit les risques d’éclairs d’arc et permet ainsi de mieux protéger le personnel.

En fin de compte, le temps est important. Le déclenchement du mode le plus rapide d’élimination du défaut aide à réduire l’énergie de l’arc électrique, à minimiser les risques connexes et à améliorer la sécurité.  La technologie de commutateur de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien offre les temps de dégagement des disjoncteurs les plus rapides possibles pendant les opérations d’entretien, mais nécessite une intervention pour activer la protection.

Combinant les forces de la fonction d’activation en tout temps du ZSI et les méthodes de réduction rapide du commutateur de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien, ces techniques contribuent à minimiser les risques et à maximiser la protection.

Plus sécuritaire dès la conception : techniques de réduction de l’énergie d’arc

Stratégies de protection des systèmes électriques durant l’entretien et le fonctionnement continu.

Solutions de protection des circuits avec le ZSI et la fonctionnalité du système de réduction de la formation d’éclair d’arc durant l’entretien