Ce qui vous préoccupe : Électronique et électricité mélangées dans les armoires

11-30-2011 | Sécurité

Par Jack Smith

Les armoires d'automatismes contiennent des câblages électriques, de commande et de communication
Cette armoire d'automation contient des câblages électriques, de commande et de communication. Une poignée de déconnexion 480 volts se trouve en haut à droite de l'armoire. Les API proches du haut de l'armoire utilisent des entrées et sorties 24 volts pour contrôler un système de convoyeur alors que des variateurs de fréquence 480 volts proches de la base de l'armoire entraînent les moteurs du convoyeur.

Mélanger des câbles triphasés haute tension de 480 volts dans la même armoire que des câbles de commande et des câbles de communication de tension inférieure, 24 ou 120 volts, peut aboutir à un fonctionnement erratique voire à une défaillance complète de l'équipement électronique dans l'armoire. Pour vous aider à éliminer de nombreux problèmes de commande et de communication erratiques et parfois « mystérieux » dans l'atelier, vous devez savoir ce qui se trouve dans l'armoire avant de l'ouvrir et connaître les problèmes de câblage spécifiques à rechercher une fois à l'intérieur, les valeurs à mesurer, et les méthodes simples de correction des problèmes.

Les armoires dans l'atelier sont souvent conçues comme point de contrôle central des équipements d'automation et de contrôle de processus. Dans l'armoire se trouvent les automates programmables industriels (API), les variateurs de fréquence (VFD) et leurs câblages de communication et de commande associés.

Comme l'équipement contrôlé dans l'installation est habituellement sous 480 volts, l'alimentation triphasée 480 volts doit souvent être acheminée via la même armoire que les commandes électroniques, un avantage pour le dépannage et la maintenance. Vous pouvez utiliser la même armoire pour observer les voyants lumineux sur un automate, mesurer la tension triphasée sur un démarreur de moteur ou régler le variateur.

La sécurité avant tout

La sécurité est toujours la première préoccupation lorsqu'on ouvre une armoire. Lorsqu'un technicien ou un ingénieur commence à travailler sur des commandes électroniques, il est naturel de se concentrer sur les équipements et commandes basse tension suspects et de facilement oublier qu'on travaille dans une armoire où différentes tensions sont mélangées et qu'on s'expose à des tensions dangereuses et des courants de court-circuit. Avant d'ouvrir la porte de l'armoire : Connaître les niveaux de tension présents.

Les panneaux de commande industriels doivent présenter des étiquettes durables et lisibles indiquant la tension nominale, le nombre de phases et la fréquence de toutes les alimentations se trouvant dans l'armoire. Les vieux panneaux peuvent ne pas avoir de marquage. De nombreux panneaux présentent maintenant une étiquette d'avertissement contre les arcs électriques sur leur porte. Soyez conscient qu'une étiquette d'arc électrique donne habituellement la tension maximale dans l'armoire et ne traite pas toutes les tensions d'alimentation. En plus des étiquettes, consultez les schémas électriques et les manuels du fabricant, et observez les systèmes si besoin pour vous aider à déterminer les alimentations électriques de l'armoire.

En général, il est mieux de se poster sur le côté de l'armoire, si possible, pour actionner les sectionneurs, retirer les verrous et ouvrir les portes, juste au cas où quelque chose se passerait mal. Une fois la porte de l'armoire ouverte, réalisez une inspection visuelle des anomalies évidentes ou recherchez une odeur d'isolation brûlée. Consultez les schémas de câblage et de circuits de commande appropriés pour identifier les composants et les borniers.

Réduire les interférences électromagnétiques

Dans le cadre de l'inspection visuelle, notez comment les câbles entrent dans l'armoire. Les conducteurs d'alimentation 480 volts et le câblage de commande basse tension seront généralement amenés via des conduits séparés. Acheminer ces conducteurs dans des conduits séparés sur le terrain aide à réduire la possibilité d'interférences électromagnétiques. Si les conducteurs d'alimentation sont trop proches du câblage de commande et des composants électroniques, que ce soit sur le terrain ou dans l'armoire, vous pouvez vous attendre à un fonctionnement erratique de l'équipement.

Afin de réduire les effets des interférences électromagnétiques, les conducteurs d'alimentation ne doivent pas se trouver à proximité immédiate des câblages de commande et de communication. Il n'y a pas de définition standard de distance pour la « proximité immédiate ». Vous devez faire appel à votre jugement. Maintenez les conducteurs d'alimentation et de commande dans des supports de câbles séparés dans l'armoire. Si pour une raison quelconque il est nécessaire que des conducteurs d'alimentation et des câbles de commande se croisent, assurez-vous qu'ils se croisent à un angle de quatre-vingt-dix degrés pour réduire les effets des interférences électromagnétiques.

Séparation des circuits d'alimentation et de commande

Une partie de l'inspection visuelle doit assurer la bonne séparation des circuits d'alimentation et de commande. Pour vous aider à différencier les circuits de commande et d'alimentation, notez la taille des conducteurs et les codes couleur utilisés. Le câblage de circuit de commande est habituellement 16 AWG ou 18 AWG. Les conducteurs d'alimentation ne seront généralement pas inférieurs à 12 AWG et sont souvent bien plus larges. Les conducteurs à la terre sont blancs, gris ou ont trois bandes blanches continues sur n'importe quelle couleur d'isolation sauf vert, bleu ou orange. Les câbles de circuit de commande blancs avec une bande bleue sont le conducteur à la terre pour un circuit de commande DC. Tout câble de commande orange ou blanc avec une bande orange est un conducteur non mis à la terre qui reste sous tension après que le sectionneur d'alimentation principal a été coupé. De plus, une isolation rouge indique un conducteur non mis à la terre dans un circuit de commande AC et une isolation bleue indique le conducteur non mis à la terre dans des circuits de commande DC. Les conducteurs qui entrent dans l'armoire dans un câble multicolore peuvent avoir plusieurs couleurs différentes. Consultez les schémas de câblage si besoin.

Les conducteurs d'alimentation triphasés non mis à la terre qui entrent dans l'armoire n'ont aucune restriction de code couleur. Habituellement, le marron, l'orange et le jaune sont respectivement utilisés pour les phases A, B et C 480 volts. Le noir, le rouge et le bleu sont respectivement utilisés pour les phases A, B et C 208 volts ou 240 volts.

En résumé, lorsqu'il s'agit d'identifier et de séparer des câbles : Faites attention, sachez quels codes couleur sont utilisés dans votre armoire et en cas de doute, mesurez avec un multimètre numérique pour vérifier les niveaux de tension à différentes bornes.

Câblage d'instrumentation basse tension

Généralement, une « paire torsadée » de conducteurs ou un « câble blindé » aide à réduire les effets des interférences électromagnétiques dans le câblage d'instrumentation basse tension. Dans une paire torsadée, un conducteur tourne autour de l'autre, le nombre de tours par pouce étant spécifié. Un câble blindé est un câble à paire torsadée avec une couverture tressée ou en feuille courant sur toute la longueur des conducteurs. Il possède également une chemise en thermoplastique pour la protection physique. Une paire torsadée aide à réduire les effets de l'induction et doit rester torsadée jusqu'à sa terminaison. La couverture tressée ou en feuille sur une paire torsadée aide à éviter que les tensions ne soient induites dans le fil de commande. Cette tresse ou feuille doit être raccordée à la terre à une seule extrémité. Un fil d'écoulement à la masse court sur la longueur du câble blindé juste sous la feuille de façon à être le contact pour toute la longueur du câble. Le fil d'écoulement à la masse, s'il est présent, se termine à la terre. Le fil d'écoulement à la masse « draine » à la terre toute tension parasite induite dans le câble.

Si un circuit de commande est mis à la terre à plus d'un point, il est presque sûr que des problèmes de commande se produiront. Par exemple, si le fil d'écoulement à la masse est raccordé à la terre à chaque extrémité du câble, ou si la chemise du câble est accidentellement éraflée en un certain point et que la feuille entre en contact avec du métal mis à la terre, une « boucle de terre » sera créée. Un courant indésirable circulera à présent dans le fil d'écoulement à la masse entre les deux points mis à la terre (la boucle de terre) en raison de la différence de potentiel entre les terres séparées. Lors de l'inspection d'armoires, assurez-vous que toute isolation placée sur l'extrémité non mise à la terre de câbles blindés est en place et que le fil d'écoulement à la masse ou toute feuille n'entre pas accidentellement en contact avec du métal dans l'armoire.

Multimètre enregistreur TRMS industriel Fluke 289
Multimètre enregistreur TRMS industriel Fluke 289

Prendre des mesures de tension

Une fois que vous avez corrigé des anomalies pendant l'inspection visuelle, prenez des mesures de tension pour vous assurer qu'il n'y a pas d'interférences électromagnétiques venant des conducteurs d'alimentation. Utilisez un multimètre numérique dûment étalonné pour mesurer et enregistrer les niveaux de tension. La tension d'entrée d'un équipement électronique comme les API et les variateurs de fréquence est généralement spécifiée à plus ou moins 10 % de la tension nominale. Mesurez la tension à chaque appareil de terrain d'entrée et de sortie. Soyez particulièrement sur vos gardes si une tension significative est présente là où elle ne devrait pas. Cela peut être le signe d'une induction depuis les conducteurs d'alimentation, créant des basses tensions dans le circuit de commande. Assez souvent, la source de ce problème se trouve dans l'acheminement des conducteurs sur le terrain et peut nécessiter un dépannage conséquent pour localiser le problème. Comme la tension induite dans le câblage du circuit de commande variera en fonction du flux de courant via le conducteur d'alimentation, la tension du circuit de commande variera en conséquence. Il peut être nécessaire d'utiliser un multimètre numérique enregistreur, comme le Multimètre enregistreur TRMS industriel Fluke 289, pour identifier ces variations.

Serrage des bornes de câblage de commande

Vérifiez le serrage des bornes de câblage de commande. Tous les effets de l'induction électromagnétique que les commandes peuvent normalement avoir pu gérer seront exacerbés sur un point de terminaison desserré et les entrées électroniques peuvent en être affectées. Occasionnellement, des câbles se desserrent de leur connecteur de pression, habituellement à cause d'une mauvaise installation. Contrôlez individuellement chaque câble à son point de terminaison pour vous assurer qu'il est fixé dans son connecteur ou sous sa borne à vis. Serrez toutes les bornes à vis.

Une bonne inspection et maintenance du câblage d'alimentation et de commande réduit les problèmes de performances des équipements à commande électronique. Un câblage de commande et des bornes à vis desserrés, des mauvaises techniques de mise à la terre, et l'acheminement de conducteurs électroniques et d'alimentation trop proches sont quelques-unes des causes les plus courantes, et cependant difficiles à découvrir, du mauvais fonctionnement d'un équipement. Savoir ce qui se trouve dans vos armoires, réaliser les bonnes inspections et interpréter les relevés de tension de commande vous aidera à faire disparaître nombre de ces mystérieux problèmes d'équipement.

Comment les câbles d'alimentation posent problème dans les armoires mixtes

Lorsque le courant circule dans un conducteur, un champ magnétique est produit dans un chemin circulaire autour du conducteur. Lorsque le flux de courant alternatif change de direction, le champ magnétique d'origine disparaît et un champ magnétique se constitue dans la direction opposée autour du conducteur d'alimentation. Tout ce processus se produira 60 fois par seconde dans un circuit de courant alternatif 60 hertz.

Si un autre conducteur est sous l'effet de ce champ magnétique changeant, les trois exigences d'une induction électromagnétique sont remplies :

  1. Un champ électromagnétique est présent (créé par le flux de courant dans le conducteur d'alimentation).
  2. Un conducteur est présent dans le champ magnétique (câblage de commande basse tension).
  3. Un mouvement relatif se produit entre le conducteur et le champ magnétique (le champ magnétique est constamment en train de se constituer, de disparaître et de changer de direction).

En conséquence, une tension est créée ou « induite » dans le câblage de commande, d'où le terme induction électromagnétique. La tension anormale et le flux de courant créés dans le câblage de commande sont appelés interférences électromagnétiques, ou IEM. Les IEM peuvent produire assez de tension pour qu'un API ou un variateur de fréquence « voient » un faux signal. Ou alors, la tension sur le câblage de commande peut être déformée par les IEM, et l'équipement électronique alimenté par le câblage de commande ne fonctionnera pas correctement.

Liste de contrôle d'inspection pour les armoires contenant à la fois des circuits de commande et d'alimentation

  1. Déterminer les niveaux de tension dans l'armoire avant d'ouvrir la porte du boîtier.
  2. Suivre toutes les bonnes pratiques de travail électrique sûr, notamment la bonne utilisation des EPI et l'établissement d'un périmètre d'approche.
  3. Si possible, se tenir sur le côté pendant l'ouverture de la porte de l'armoire.
  4. Réaliser une inspection visuelle du câblage et des composants pour y détecter toute anomalie évidente.
  5. Observer les codes couleurs et différencier les conducteurs de commande et d'alimentation.
  6. Vérifier la bonne séparation des conducteurs d'alimentation et de commande.
  7. Vérifier que les câblages d'alimentation et de commande qui se croisent le font à un angle de quatre-vingt-dix degrés.
  8. Mesurer les niveaux de tension vers les alimentations électriques des équipements électroniques et vérifier les valeurs des fabricants.
  9. Mesurer la tension des dispositifs d'entrée et de sortie du terrain et vérifier qu'elle est dans les spécifications.
  10. Contrôler l'intégrité de toutes les bornes de commande et serrer les bornes à vis.