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Dec 13, 2023

Contacteurs et sécurité

Le concept de gestion intelligente de la charge domestique deviendra une pratique courante. Pourquoi

Le concept de gestion intelligente de la charge domestique deviendra une pratique courante. Pourquoi ? – simplement parce que nous n'avons pas la capacité de stockage / la flexibilité pour gérer la demande de pointe dans le réseau électrique national, de la même manière que nous l'avons actuellement avec le gaz de ville et les combustibles à base de pétrole, même en permettant la production locale, les prosommateurs, etc. Cela implique un modèle de coût qui reflète le moment où vous utilisez / prenez votre électricité, nécessitant un degré plus élevé de gestion et de contrôle de la demande d'électricité existante pour chaque consommateur.

Le concept de contrôle décentralisé utilisant des appareils intelligents avec un contrôleur maître est simple à mettre en œuvre dans les nouvelles constructions. Les installations et les appareils existants pourraient utiliser un panneau de commande centralisé pour sélectionner les circuits, en fonction de la disponibilité/du coût de l'approvisionnement au moment de l'utilisation.

Le résultat net est une utilisation accrue de contacteurs (relais de puissance) pour fournir des fonctions de commutation discrètes pour des appareils et/ou des circuits spécifiques. par exemple similaire à la gestion dynamique de la charge d'aujourd'hui dans les chargeurs de VE qui reposent sur un contacteur pour les fonctionnalités de base.

Les conceptions de circuits conformes aux meilleures pratiques utilisant des contacteurs pour fournir des fonctions de sécurité tiennent compte des modes de défaillance reconnus d'un contacteur et du circuit de commande associé. Les normes existantes couvrent cela - exemples donnés ci-dessous :

Norme BSEN 61508 (Sécurité fonctionnelle) pour les normes d'application telles que BSEN 62061-1 (Sécurité fonctionnelle des machines) et BSEN CEI 61851-1 (Systèmes de charge EV) où des éléments spécifiques du système de commande électrique assurent une fonction de sécurité. Par exemple dans un chargeur de VE, vérifier la présence du conducteur PE avant de démarrer le cycle de charge. L'évaluation des risques de conception détermine la conception des performances du système de contrôle et des produits utilisés pour arrêter ou supprimer le danger.

Arrêt d'urgence: Éliminer ou arrêter un danger non électrique spécifiquement lié aux pièces mobiles d'une machine ; écrasement, cisaillement, enchevêtrement, piégeage, etc. L'alimentation électrique ne doit pas être coupée si cela crée des risques supplémentaires, par exemple la suppression du freinage électrique sur des charges à forte inertie.

Dans la fig. 1 : Un seul défaut de l'équipement peut entraîner la perte de la fonction de sécurité, par exemple les contacts du contacteur restent fermés lorsque vous actionnez l'arrêt d'urgence, c'est-à-dire que la tolérance aux pannes matérielles (HFT) = 0. Ce niveau de performance peut être adéquat pour les blessures réversibles mineures telles que les ecchymoses, mais pas les blessures irréversibles.

Pour atteindre les objectifs de sécurité des directives/règlements pertinents, le concepteur devrait envisager des mesures supplémentaires, par exemple la surveillance des défauts, la réaction aux défauts, la redondance du matériel en fonction du risque/danger.

Arrêt d'urgence :* Suppression d'un risque électrique lié à la tension d'alimentation

BS EN 60204-1 (Sécurité des machines) : spécifie l'utilisation d'un équipement approprié, qui se verrouille lorsqu'il est utilisé, y compris une action autorisée après les vérifications, avant la reconnexion de l'alimentation.

* Électricité au travail Regs 1989 Guidance Note (2) 35 : 230v AC est classé comme "mortellement dangereux"

BS7671 537.3.3 (Déconnexion de l'alimentation de tout ou partie d'une installation) : les dispositifs d'arrêt d'urgence doivent être facilement accessibles dans un endroit proche du danger - voir 537.3.3.6 et pouvoir se verrouiller en position d'arrêt, si le moyen d'éteindre et de rallumer ne sont pas sous le contrôle de la même personne – voir 537.3.3.7

Exemple. Les commandes de cette pompe à chaleur domestique sont situées à l'intérieur de la propriété et hors de portée d'une personne travaillant sur l'équipement à l'extérieur. Un interrupteur en charge capable de couper le courant du moteur bloqué doit être situé à proximité de l'équipement à des fins d'isolation en toute sécurité.

Le Règlement de 2016 sur les équipements électriques (sécurité) détaille des objectifs de sécurité spécifiques. Pour atteindre ces objectifs, les fabricants conçoivent normalement les équipements sur la base de normes désignées ou utilisent des normes de référence existantes (meilleures pratiques) pour les équipements non normalisés. Les normes existantes et les meilleures pratiques peuvent être appliquées pour soutenir le dossier de sécurité de base du concepteur pour l'évaluation des risques du produit et la conception de l'équipement - référence annexe 2 (2. d).

Les équipements électriques non couverts par une norme de conception spécifique doivent toujours être conformes au Règlement sur la sécurité des équipements électriques : Exemple d'application Alimentation PME monophasée pour la recharge de VE (BS 7671 722.411.4.1) - c'est-à-dire déconnexion électrique en cas de défaut du neutre en circuit ouvert. Reportez-vous à la note 5 de la clause ci-dessus, qui poursuit en indiquant ;

"..il incombe au concepteur de l'installation électrique ou à toute autre personne responsable de la spécification de l'installation d'établir que le fabricant de l'équipement s'est assuré que l'équipement satisfait aux objectifs de sécurité de la ou des directives applicables.."

L'équipement décrit dans 722.411.4.1 (iii), (iv), (v) n'a pas de norme de conception de produit spécifique. Cependant, les normes de sécurité existantes couvrent les principes de conception des fonctionnalités liées à la sécurité utilisant des contacteurs.

BSEN 60947-4 (Contacteurs électromécaniques) Annexe K ; fournit des informations sur les modes de défaillance courants et les taux de défaillance, à utiliser dans la conception d'équipements utilisant des contacteurs dans des applications de sécurité fonctionnelle, par exemple la commutation du conducteur sous tension, neutre et de terre pour éliminer un risque électrique en cas de défaut de neutre en circuit ouvert. Les conceptions qui reposent uniquement sur l'ouverture d'une armature de contacteur et la déconnexion d'un circuit après la mise sous tension pendant des semaines, des mois ou même des années ont une forte probabilité d'échec d'ouverture - voir les détails ci-dessous.

La conception d'équipements sûrs pour les applications domestiques tient compte du fait que la personne responsable du fonctionnement quotidien en toute sécurité de l'équipement est une « personne ordinaire ».

BS7671 Tableau 537.4 fait référence à BSEN 60947-4 ; contacteurs pouvant être montés dans un équipement ou un boîtier entièrement fermé et BSEN 61095 ; contacteurs limités à < 63A et Iq* < 6kA adaptés au montage dans un coffret modulaire. Un contacteur peut être testé pour répondre aux deux normes - reportez-vous aux données techniques du fabricant.

*Iq = courant nominal de court-circuit conditionnel du contacteur + SCPD

BSEN 60947-4 Annexe K : Contacteurs pour une utilisation dans des applications liées à la sécurité (BSEN 61095 n'est pas applicable), par exemple BSEN CEI 61851-1 exige que les contacteurs soient conformes à 60947-4.

L'annexe K, clause K.3, couvre la caractérisation d'un mode de défaillance et le tableau K.1 donne les modes de défaillance typiques des contacteurs normalement ouverts. La clause K.4 couvre les taux de défaillance typiques (tableau K.2) et stipule que "la tolérance aux pannes matérielles (HFT) pour un contacteur est généralement nulle". À des fins de conception, les niveaux de HFT sont définis dans le BSEN 61508, par exemple un équipement avec un HFT = 0 ne peut pas tolérer une seule défaillance dangereuse - voir le premier exemple du tableau K.1 ci-dessous

Les taux de défaillance typiques (F) donnés dans le Tableau K.2 se rapportent à une catégorie d'utilisation spécifique, cependant il est important de noter que le taux de "défaut d'ouverture" est de 73 %* pour le fonctionnement en charge et de 50 %* pour le fonctionnement mécanique (à l'arrêt). charger.)

* Valeurs typiques basées sur une gamme de contacteurs électromécaniques

Si le mode de défaillance du contacteur peut entraîner une situation dangereuse et que le taux de défaillance > 40 % comme dans le cas ci-dessus, 60947-4 fait référence à l'utilisation d'une fonction de diagnostic avec une fonction de réaction aux défauts appropriée – exemple : BSEN CEI 61851-1 ( équipement d'alimentation du VE) 6.3.1.1 exige des fonctions de pilote de commande obligatoires, y compris la mise sous tension et hors tension de l'alimentation électrique du VE, c'est-à-dire la surveillance de l'ouverture et de la fermeture du contacteur pour chaque cycle de charge. Cela augmente la probabilité d'identifier un défaut avant que l'équipement ne soit appelé à fournir une fonction de sécurité supplémentaire, par exemple si l'équipement comprend une surveillance de défaut de neutre en circuit ouvert.

L'utilisation de contacts auxiliaires miroir* pour fournir un retour de diagnostic via le système de commande électrique donne une méthode reconnue (normalisée) de détection qu'un contacteur n'a pas réussi à s'ouvrir à la fin du cycle terminé.

* Contact miroir : Contact auxiliaire lié mécaniquement à un contact de puissance pour répliquer de manière fiable l'état des contacts de puissance – 60947-4 Annexe F

En pratique, il existe un certain nombre de raisons pour lesquelles un contacteur peut ne pas s'ouvrir, deux exemples voir ci-dessous :

61095 précise qu'en cas de défaut, la coordination avec le dispositif de protection ne doit produire aucun effet dangereux lors de l'élimination du défaut. Le risque de contacts soudés est accepté et le contacteur peut ne pas convenir à une utilisation ultérieure, c'est-à-dire remplacer le contacteur avant de remettre l'équipement en service.

60947-4 spécifie deux niveaux (Types) de coordination. En cas de défaut, les deux types de coordination acceptent le risque de soudure des contacts principaux : Coordination de type 1 ; similaire à 61095, remplacer le contacteur avant de remettre le matériel en service. coordination de type 2 ; le contacteur doit être apte à une utilisation ultérieure, se référer aux instructions du fabricant pour des conseils sur la façon de vérifier cela, avant de le remettre en service.

La réinitialisation d'un MCB ou le remplacement d'un fusible avant de vérifier le contacteur pour les contacts soudés peut entraîner un circuit sous tension en aval du contacteur avec l'alimentation de la bobine déconnectée.

Les deux normes font référence au service continu (contacteur sous tension), comme étant le temps nécessaire pour transporter un courant stable suffisamment longtemps pour que les contacts du contacteur et le circuit magnétique, lorsqu'ils sont alimentés à leur tension d'alimentation de commande nominale (100 %), atteignent l'équilibre thermique, mais pas plus de 8 heures sans désexciter le contacteur. Les circuits magnétiques des contacteurs alimentés pendant de longues périodes peuvent être soumis à de faibles niveaux de surtension soutenus. Une surchauffe dans le système d'aimant peut entraîner le maintien de l'induit fermé lors du retrait de l'alimentation de la bobine.

Voir BS 7671 Tableau 537.4 : Contacts principaux adaptés à l'isolation - voir 537.2.4, 537.3.3.6 et 537.3.7 :

Le libellé du règlement englobe une technologie innovante et maintient des normes de conception sûres. Dans les situations où il n'y a pas de norme d'équipement existante, les normes de sécurité génériques donnent des conseils sur la façon de développer et de concevoir un équipement sûr lors de l'application de produits existants.

Prendre une décision technique sur un produit nécessite une compréhension des risques associés à cette solution particulière. Nous devrions être clairs sur la justification de cette solution. Les normes de sécurité existantes donnent des recommandations sur la manière d'appliquer les contacteurs dans les applications de sécurité fonctionnelle. Le fonctionnement régulier de l'équipement (ouverture et fermeture du contacteur) associé à un système de contrôle de diagnostic (utilisant les contacts miroir du contacteur) et une fonction de réaction aux défauts (verrouillage du système, alarme, maintenance, etc.) permettent l'identification précoce des défauts dangereux, augmentant la fiabilité de la sécurité de l'équipement. Les normes de conception des chargeurs EV tiennent déjà compte des exigences de sécurité fonctionnelle dans la conception de base et, par conséquent, la caractéristique de conception - la déconnexion électrique en cas de défaut de neutre en circuit ouvert intégré au point de charge EV, peut être vérifiée en se référant à la norme 61851-1 existante.

Les contacteurs sont conçus pour fonctionner régulièrement (ouverture et fermeture) fournissant une méthode simple et fiable de commutation à distance des charges électriques sur une base régulière. Lors de leur utilisation dans des applications liées à la sécurité, nous devons prendre note des conseils donnés dans la norme produit contacteur 60947-4 et des normes de sécurité existantes.

Chaz Andrews – Responsable technique, Doepke UK Ltd

[email protected] ou www.doepke.co.uk