Vigilohm

Schneider Electric propose une large gamme de solution pour la détection des défauts en schémas des liaison à la terre IT.
La continuité de service est un besoin fondamental de l’exploitation des réseaux électriques.
L’installation doit respecter les règles spécifiques de protection des biens et des personnes.
Ces contraintes de sécurité impliquent la présence de dispositifs de protection qui agissent en cas de risque et conduisent à une indisponibilité partielle du réseau.

Les conséquences peuvent être importantes :
> arrêt complet ou partiel du process,
> perte partielle ou totale de la production en cours.

Le schéma de liaison à la terre “isolé de la terre” (ou régime IT) est le seul qui permet de concilier la sécurité et la non nécessité d’actionner les organes de protection.
En effet, pour un réseau IT conçu dans les règles de l’art, même en présence d’un première défaut d’isolement, l’installation peut fonctionner sans danger pour les personnes.

Les normes

Le régime IT est décrit dans plusieurs normes :
> CEI 60364-4-41 : installation électrique des bâtiments :
– protection pour assurer la sécurité,
– protection contre les chocs électriques.
> CEI 60364-7-10 : règles pour les installations ou emplacements spéciaux – Locaux à usage médical,
> CEI 61557-8 : contrôleurs permanents d’isolement pour régime IT,
> CEI 61557-9 : dispositifs de localisation de défauts d’isolement pour régime IT.

Ces normes précisent qu’avec le schéma IT, l’installation doit être isolée de la terre ou reliée à la terre à travers une impédance de valeur suffisamment élevée.

En France, la norme NF C 15-100 décrit comment un réseau IT doit être conçu pour optimiser la continuité de service et assurer la sécurité des personnes.
Dans un réseau IT conçu d’après les règles de l’art, en cas d’un seul défaut à la masse ou à la terre, le courant de défaut est très faible.
En cas d’un seul défaut à la masse ou à la terre, le courant de défaut est très faible et la coupure n’est pas nécessaire.
Comme un deuxième défaut provoquerait le déclenchement du disjoncteur, un Contrôleur Permanent d’Isolement (CPI) doit être prévu pour indiquer l’apparition d’un premier défaut.
Ce dispositif doit actionner un signal sonore et/ou un signal visuel.
La gamme Schneider Electric est conforme aux normes internationales.

Rappel sur le régime IT

> En régime IT le neutre du secondaire du transformateur n’est pas relié à la terre et l’enveloppe de la charge est reliée à la terre.
En présence d’un 1er défaut d’isolement le courant se reboucle via le neutre du transformateur au travers d’une impédance de forte valeur (2000 et 3000 ohms) :
– pas de tension de contact dangereuse lors d’un contact avec une partie métallique (contact indirect).
– courants de défaut très faibles.

Le schéma de liaison à la terre IT est donc celui qui garantit la meilleure continuité de service.
En effet, même en présence d’un premier défaut d’isolement, l’installation peut fonctionner sans danger pour les personnes et les équipements.
Il n’y a donc pas de déclenchement des protections.
Par contre la détection du circuit défectueux et sa réparation doivent être effectuées avant l’apparition d’un deuxième défaut car ce deuxième défaut provoque un court-circuit entre les phases incriminées et donc conduit au déclenchement des protections.

Rôle d’un contrôleur permanent d’isolement

La solution indispensable à la mise en œuvre du réseau IT
Il est obligatoire en régime IT d’après la norme NFC 15-100 Sur un réseau IT, un CPI doit être installé sur chaque source, en amont de tout appareil de coupure ou protection, pour indiquer l’apparition d’un premier défaut d’une partie active à la masse ou à la terre sur le réseau surveillé.

L’isolement du réseau est mesuré par les CPI par l’injection d’une composante continue ou alternative basse fréquence entre le réseau et la terre. Ce principe de mesure permet de détecter également les défauts d’isolement symétriques.

Nota : en régime IT, un courant de défaut 50 Hz est difficile à mesurer car il se reboucle par les capacités réparties sur le réseau.
En fonction de l’appareil, le CPI peut également :
> Afficher la valeur de résistance globale d’isolement du réseau.
> Afficher la valeur de capacité de fuite à la terre globale du réseau.
> Mémoriser les alarmes horodatées.
> Mémoriser l’historique des valeurs d’isolement.
> Communiquer avec un superviseur.

Le CPI signale le défaut localement, sur sa face avant, en fonction d’un seuil réglable sur l’appareil.
Il active aussi une sortie relais vers une signalisation visuelle ou sonore et peut aussi signaler l’alarme via une communication Modbus.

La localisation du défaut
Les Localisateurs de défaut d’isolement Si un défaut d’isolement est détecté par le CPI, il doit être localisé et corrigé.
La localisation du défaut peut être faite par une ouverture séquentielle des disjoncteurs, mais cela entraine une perte de la continuité de service sur l’installation.
L’utilisation de localisateurs de défaut d’isolement est ainsi intéressante puisqu’elle permet de localiser le défaut tout en maintenant la continuité de service. Sur les réseaux avec de nombreux départs, les localisateurs automatiques permettront un gain de temps et une réduction des coûts d’exploitation.

Certains localisateurs offrent également la mesure de résistance et de capacité de fuite à la terre départ par départ, ainsi qu’un seuil d’alarme réglable par départ.
Cela permet une surveillance individuelle de l’isolement de chaque départ. Il est en effet fréquent sur une installation que les départs aient des caractéristiques très différentes (départs plus ou moins longs, avec plus ou moins de charges raccordées), et donc des niveaux d’isolements nominaux très différents d’un départ à l’autre.

Les localisateurs de défaut d’isolement sont associés à un CPI.
Leur principe de mesure est basé sur la composante basse fréquence injectée par le CPI. La gamme vigilohm comporte des localisateurs fixes, qui sont raccordés au réseau via des tores (gamme IFL12), ainsi qu’un kit de recherche manuelle de défaut, pour aller au plus près du défaut.

Simplicité et fiabilité

Spécialiste mondial de la gestion de l’énergie électrique, Schneider Electric propose une gamme de solutions adaptées aux caractéristiques des réseaux : étendue du réseau, nombre de départs, présence de couplage, etc. Schneider Electric commercialise des CPI depuis plus de 50 ans.

Petits réseaux IT ou îlots sans localisation automatique de défaut requise
Simplicité de mise en œuvre et d’utilisation
> Un transformateur, pour créer l’îlot IT. Son neutre n’est pas relié à la terre.
Un CPI (IM9, IM10, IM20) pour détecter le premier défaut :
> il est en général alimenté par le réseau qu’il surveille.
> il est relié au neutre (ou à une phase) et à la terre.
> un seul réglage : le niveau du seuil de défaut.
> une seule sortie : un relais vers une alarme visuelle ou sonore.
> Affichage de la valeur de R pour faciliter la maintenance préventive (IM10 et IM20).
> Affichage de la valeur C du réseau (IM20).
> Liaison série Modbus (IM20).
> Journal des alarmes (IM20).
Ces produits sont disponibles aux formats modulaire (rail DIN) et encastré.
Note : l’IM9 est adapté pour les réseaux purement alternatifs (ne contenant aucune composante CC). Dès qu’une composante CC existe sur le réseau, il faut privilégier l’IM10 ou IM20.

Réseaux IT avec localisation automatique de défaut requise (solution simple)
Localisation automatique du départ en défaut
> Le CPI (IM400) mesure en permanence l’isolement du réseau (résistance globale et capacité de fuite) et détecte un défaut d’isolement.
Le localisateur (IFL12 ou IFL12C) indique quel est le départ en défaut. En complément, le localisateur mobile (XRM) peut être utilisé pour aller au plus près du défaut.
> Aucune connexion filaire n’est requise entre IM400 et IFL12 /IFL12C.
Le nombre de localisateurs n’est pas limité.
> Les produits IM400 et IFL12C ont une sortie Modbus RS485, permettant la communication avec une supervision et la surveillance à distance du niveau d’isolement du réseau. En cas d’alarme, l’intervention de l’équipe de maintenance est facilitée.
> Les récurrences de défauts sur un départ ou un groupe de départs sont mises en évidence, facilitant la maintenance curative.

Mesures départ par départ pour les réseaux à haute criticité
Le niveau d’isolement d’un départ à l’autre varie selon le type de charges qui sont raccordées, la longueur des câbles etc.
Cette solution unique offre une surveillance sur mesure de l’isolement départ par départ :
> Mesure de résistance et capacité départ par départ.
> Possibilité de régler un seuil d’alarme individuel par départ.
Cette solution permet d’avoir une meilleure analyse de l’isolement du réseau, d’éviter le déclenchement d’alarmes intempestives et de mettre en place de la maintenance préventive.

Avantages :
> Support natif Modbus RS485 par les CPIs et localisateurs sans besoin d’un module additionnel.
Possibilité de raccordement sur Modbus TCP IP via passerelles telles que Link 150 ou Com’X 510.

> La mesure de la capacité de fuite à la terre d’un réseau IT
La surveillance de la capacité de fuite à la terre d’un réseau IT est essentielle car elle peut induire un courant de fuite non négligeable en cas de premier défaut d’isolement. Une capacité de fuite trop importante fait dériver le réseau IT vers un réseau TT.
La capacité de fuite est en général due à la longueur des câbles du réseau et à leur mode de pose, ou aux charges raccordées (notamment aux filtres CEM).

Variateurs de vitesse Altivar et Contrôleur d’isolement Vigilohm : une compatibilité testée pour les installations critiques

Variateurs unitaires ou en îlots
Simplicité de mise en œuvre et d’utilisation
> Un transformateur crée l’îlot IT, son neutre n’est pas relié à la terre
Un CPI (IM10 ou IM20) surveille l’installation :
> Il est alimenté par le réseau qu’il surveille.
> Son point d’injection est relié au neutre (ou à une phase), avec retour par la terre.
> Un réglage : le niveau du seuil de défaut (de 0,5kOhm à 500kOhms, adapté à l’application)
> Une sortie : un relais vers une alarme visuelle ou sonore.
> L’IM20 dispose aussi d’un port Modbus RS485.

Variateurs multiples et/ou de grande puissance
Solution pour les réseaux exigeants, avec ou sans localisation de défaut d’isolement
> La mise en œuvre de cette architecture est simple car il n’y a pas de liaison entre le CPI et les localisateurs.
> Le CPI (IM400) injecte un signal très basse fréquence et en calcule R e C.
> Lorsque l’IM400 signale un défaut, le service de maintenance le localise et l’élimine.
> La localisation de défaut est assurée par les modules de type IFL12 + tores, qui mesurent le signal basse fréquence dans chaque départ.
En cas de défaut, une alarme est générée et la partie en défaut est localisée.
> Le régime IT + Vigilohm est particulièrement pertinent pour les process continus car il n’interrompt pas le process en cas de défaut d’isolement, il permet la recherche de défaut sans arrêt de l’installation.

Avantages :
> Un couple performant : Le régime IT est la solution la plus adaptée aux process continus: traitement de l’eau, agro-alimentaire, mine et carrière, marine…
Commande moteur et sécurité des réseaux de distribution y sont systématiquement associés.

> Une solution Testée et Validée : Les équipes SE de développement d’Altivar et de Vigilohm ont travaillé conjointement afin de valider le fonctionnement et la parfaite adéquation de ces deux constituants de la chaine de distribution électrique.

> Une surveillance simple et fiable : Altivar assure la surveillance thermique et électrique au niveau du moteur.
Vigilohm signale tout défaut d’isolement, tant en amont, en aval ou dans le variateur (la détection d’un défaut franc en aval est assurée par le variateur).

> Un service unique : Les équipes d’étude et de maintenance disposent d’une compétence unique et
reconnue sur toute la distribution électrique et la commande mécatronique. Les experts SE peuvent aider à valider un choix. Un support et une assistance sont disponibles 24/7.

Des solutions communicantes pour optimiser la fiabilité du réseau et faciliter la maintenance

La remontée des informations sur l’isolement du réseau au niveau d’une supervision présente de nombreux avantages :
> Suivi en temps réel des valeurs de résistance et de capacité de fuite du réseau (global et par départ).
> Remontée des alarmes, avec indication du départ en défaut (localisateur) : intervention de l’équipe de maintenance pour la correction du défaut facilitée, réduction des coûts OPEX.
> Centralisation des mesures des différents réseaux IT du site: vue globale du site.
> Suivi des valeurs historiques d’isolement: permet de corréler les défauts avec le démarrage d’un process; de détecter un vieillissement de l’installation… Cette analyse permet de réduire les risques de défauts d’isolement, et donc d’interruption du process.

La gamme Vigilohm offre des CPIs et localisateurs communicants (support natif de Modbus RS485) :
> IM20, IM400, IFL12C, IFL12MC et IM400THR.
> IM20-H et IFL12H (hôpital).

Ils peuvent être intégrés dans toute solution de supervision supportant Modbus.
Schneider Electric offre également des solutions adaptées, dont :
> Com’X 510- concentrateur et enregistreur de données, avec serveur web embarqué.
> Logiciels EcoStruxure Power Monitoring Expert et Power SCADA Operation – logiciels de supervision de monitoring énergétique et électrique.

Exemple d’architecture avec Com’X 510 : Un système simple pour la remontée des données électriques

Exemple de vue données historiques avec logiciel Power Monitoring Expert

Avantages :
Support natif de Vigilohm dans le logiciel PME: une architecture testée et validée pour la centralisation des informations d’isolement dans un superviseur

Application Hôpital

Des modules dédiés aux hôpitaux
Pour une solution sécurisée de distribution et de surveillance de l’énergie dans les salles d’opération.
Les salles d’opération nécessitent un niveau de disponibilité et de qualité de l’énergie électrique très élevé afin d’offrir aux patients une sécurité maximale. C’est la raison pour laquelle les normes définissent des règles très strictes afin d’assurer la continuité de service des installations électriques.

La solution SE est en conformité avec la norme internationale CEI 60364-7-710 et les normes et réglementations nationales.

Que disent les normes ?
> Dans les locaux à usage médical du groupe 2, le système IT médical doit être utilisé pour les circuits alimentant des équipements et systèmes électriques médicaux de survie et de chirurgie ainsi que d’autres équipements situés dans l’environnement du patient.
> Une alarme sonore et un signal visuel doivent être prévus dans le local en question afin d’alerter le personnel médical.
> Lors d’une intervention chirurgicale, le personnel doit pouvoir compter sur une alimentation électrique ininterrompue.
> La prévention des perturbations électromagnétiques peut s’avérer nécessaire au bon fonctionnement des équipements médicaux.
> Le transformateur IT médical doit faire l’objet d’une surveillance pour prévenir toute surcharge ou surchauffe.
> Une alarme doit se déclencher en cas d’interruption de la liaison à la terre ou de perte de la connexion au réseau électrique.

Assurer la continuité de service dans un hôpital
Vigilohm surveille en permanence l’isolement des réseaux IT et l’état du transformateur (selon le modèle de CPI) dans les salles critiques telles que :
> Salles d’opération,
> Salles de soin intensifs,
> Salles de réveil…
Une alarme est reportée dans la salle d’opération pour en informer le personnel médical, via une interface (HRP ou Magelis médical) simple et intuitive.
Une alarme peut facilement être remontée également au niveau d’une supervision pour en informer l’équipe de maintenance.

Une solution complète pour surveiller l’isolement des salles médicales

(1) Contrôleur Permanent d’Isolement : IM10-H, IM15H et IM20-H
Détection et signalement d’un défaut d’isolement, et selon le modèle :
– Surveillance du transformateur (surcharge, surchauffe).
– Communication Modbus RS485.
– Journal d’évènements horodaté.

(2) Localisateur de défaut d’Isolement : IFL12H
– Détection et signalement du départ en défaut.
– Seuils d’alarmes réglables par départ.
– Possibilité de personnaliser les noms de chaque départ.
– Communication Modbus RS485.
– Journal d’évènements horodaté.

(3) IHM: HRP (Hospital Remote Panel) et OTD (Operating Theater Display)
– Afficheurs simple (HRP) et avancé (OTD) pour les salles d’opération.
– Interfaces intuitives pour la remontée des informations liées à un défaut d’isolement ou défaut électrique.
– Compatibles avec l’environnement des salles d’opération.
– Option de test du contrôle de l’isolement.

Des solutions flexibles qui évoluent

– Un transformateur IT médical crée un réseau IT pour chaque salle d’opération.
– L’IM15H ou IM20-H assure la surveillance de l’isolement du réseau, ainsi que du transformateur.
– Une alarme d’isolement ou de défaut électrique (surcharge ou surchauffe du transformateur) est affichée au niveau du HRP dans la salle d’opération.
– Le personnel médical peut acquitter l’alarme depuis le HRP.
– La localisation d’un défaut d’isolement sera facilitée par la présence d’un localisateur IFL12H.
– Le test réglementaire de bon fonctionnement du CPI peut être effectué depuis le HRP.

Surveillance avancée, locale et à distance

– Un transformateur IT médical crée un réseau IT pour chaque salle d’opération.
– L’IM20-H assure la surveillance de l’isolement du réseau, ainsi que du transformateur.
– L’IFL12H assure la localisation d’un défaut d’isolement.
– Les Smartlink Modbus et Ethernet permettent d’alerter sur le déclenchement d’un disjoncteur (voir exemple en Salle d’opération 2).
– Les alarmes d’isolement (y compris leur localisation) ou de défauts électriques (surcharge ou surchauffe du transformateur, déclenchement disjoncteur vu par Smartlink) sont affichées au niveau de l’afficheur avancé pour salle d’opération OTD.
– Le personnel médical peut acquitter l’alarme depuis le Magelis médical.
– Le test réglementaire de bon fonctionnement du CPI peut être effectué depuis le Magelis médical.
– Les mesures et alarmes des IM20-H, IFL12H, Smartlink sont remontées au niveau d’une supervision, alertant automatiquement l’équipe de maintenance en cas de problème.

Des produits connectés dans EcoStruxureTM Power

EcoStruxure Power offre des systèmes de distribution électrique sûrs, hautement disponibles et écoénergétiques pour les architectures à basse et moyenne tension.
Des solutions de gestion de l’énergie compatibles idO (internet des objets) permettent aux entreprises d’améliorer la connectivité, la fiabilité opérationnelle en temps réel et les analyses intelligentes pour plus de tranquillité d’esprit et d’importantes économies.
La gamme Vigilohm médicale fait partie des Produits Connectés dans les architectures EcoStruxure Power pour la santé, intégrables au niveau d’une supervision (Edge Control) telle que Power Monitoring Expert.

Application Site industriel

Les réseaux IT se rencontrent sur les sites industriels pour les process critiques, qui ne peuvent pas être interrompus.
Dans les cimenteries, aciéries, papeteries, fabrication d’aluminium ou de verre, stations d’épurations… l’implémentation de réseaux IT pour les parties critiques du process (fours, cuve à électrolyse etc.) présente de nombreux avantages.

Si le régime de mise à la terre est de type TT ou TN, un défaut d’isolement va entrainer le déclenchement de protection pour stopper la circulation d’un courant de défaut dangereux.
Une perte financière importante est à craindre en cas d’interruption non planifiée de certains process. Une interruption peut engendrer un arrêt de la production, et également la perte de matières premières, parfois coûteuses.
Certains process, par exemple dans les aciéries, demandent également beaucoup de temps pour être redémarrés après un arrêt imprévu.
Certains sites tels que les installations pétrochimiques, les silos de stockage présentent un risque de feu voire d’explosion en cas de circulation d’un courant de défaut.
L’utilisation d’un réseau IT, surveillé par un contrôleur permanent d’isolement, permet de répondre à ces enjeux.

Les contraintes sur le site
Certaines caractéristiques sont à prendre à compte pour la surveillance de l’isolement de ce type de site: > Les sites industriels comportent en général des charges telles que des variateurs de vitesses ou des process qui génèrent des perturbations sur le réseaux.
> Les sites industriels sont parfois vieillissants, la surveillance de leur niveau d’isolement demande une attention particulière pour s’assurer de maintenir une bonne continuité de service.
> Certains réseaux IT sur les sites peuvent être assez étendus, avec un grand nombre de départs; ce qui peut rendre la maintenance du site délicate.
> L’équipe technique sur le site a besoin d’outils pour faciliter la maintenance du réseau et la correction des défauts d’isolement.

La solution avec Vigilohm
La gamme Vigilohm offre le CPI adapté aux besoins, de la solution la plus simple avec les IM9, IM10, IM20, aux solutions plus avancées avec IM400 et localisateurs de défaut type IFL12.
> La compatibilité des produits Vigilohm avec les variateurs de vitesse a été testée.
> L’horodatage et le temps de réponse rapide des CPIs et localisateurs permet la détection de défauts d’isolement fugitifs : un défaut peut être corrélé avec le démarrage d’une charge ou d’un process.
> les CPIs et localisateurs communicants (Modbus) offrent une connexion à un système de supervision et facilitent la maintenance du site.
> Sur certains sites industriels avec environnement sévère (environnement salin, humide, ou avec fortes variations en température), des CPIs et localisateurs tropicalisés, dont les cartes électroniques sont vernies, peuvent être utilisés.
> L’IM9-OL peut être utilisé pour surveiller l’isolement de charges hors tension (quelque soit le régime de mise à la terre), permettant de s’assurer que la charge démarrera correctement lorsqu’elle devra être utilisée dans le process.

Étude de cas : site de fabrication de machines de construction
Les process de ce client sont critiques et ne peuvent pas subir d’arrêt imprévu, au risque de perdre des dizaines de milliers d’euros par heure d’arrêt.
Le site est composé de réseaux IT, dont l’isolement est surveillé par des CPIs Vigilohm IM400, permettant de maintenir une continuité de service même en cas de défaut d’isolement.
Des localisateurs Vigilohm IFL12MC mesurent l’isolement individuel de chaque départ. Un seuil d’alarme individuel est réglé par départ, car les caractéristiques d’isolement varient d’un départ à l’autre (types de charges raccordées différentes).
Les mesures d’isolement et alarmes sont centralisées au niveau d’une supervision.
Toute situation anormale telle qu’une baisse de l’isolement est détectée et entraine une action de maintenance.
Les alarmes d’isolement horodatées permettent de faire une analyse post incident.

Étude de cas : usine de transformation de plastique
Le site comprend environ 20 îlots IT qui alimentent surtout des variateurs de vitesse.
La puissance globale du site est de 17 MW.
Le choix de l’IT n’est pas lié à un process continu mais permet de simplifier la maintenance. En TN, en cas de défaut franc le disjoncteur déclenche et le service de maintenance doit intervenir immédiatement. Cela impliquerait la présence permanente d’une personne qualifiée. En IT le défaut qui apparaît la nuit ou le week-end n’a pas de conséquence et est traité par le service maintenance en décalé aux heures ouvrables.

Les CPI sont des IM20. Pour cette application la sortie alarme de chaque CPI est reliée à une simple lampe placée à l’extérieur du poste. Le défaut sera vu depuis l’extérieur lors des rondes.
La localisation n’est pas nécessaire car le process n’étant pas continu la recherche peut se faire par l’ouverture séquentielle des disjoncteurs.
L’IM20 a été utilisé pour sa bonne compatibilité avec la présence de variateurs de vitesse sur le réseau.

Application Traitement et distribution d’eau

Les réseaux IT se rencontrent dans les sites de production et de distribution d’eau, ainsi que dans les stations d’épuration. La continuité de service est requise pour les parties critiques telles que les pompes et certains process de traitement.

Il est essentiel de limiter les interruptions du réseau car elles peuvent avoir des conséquences sérieuses, telles que le rejet d’eau non traitée (qui présente un risque sur la santé du public) ou des nuisances olfactives.

Les contraintes sur le site
Ce type de site inclut de nombreux variateurs de vitesses et les réseaux ont de forts taux d’harmoniques. Ils peuvent comporter un nombre important de départs. Un défaut d’isolement doit pouvoir être localisé sans interrompre la continuité de service.
Les installations peuvent inclure des générateurs de secours, dont il peut être requis de surveiller l’isolement lorsqu’ils ne sont pas en service, afin de s’assurer de leur bon démarrage en cas de besoin.
L’environnement de ces sites peut être sévère: conditions extérieures, environnement salin etc.

La solution avec Vigilohm
Des CPIs simples tels que l’IM20 peuvent être utilisés pour les réseaux ne requérant pas de localisateur automatique de défaut.
Pour les réseaux plus étendus, la solution IM400 et localisateurs IFL12 permettra la localisation automatique des défauts.
La compatibilité de ces produits avec des variateurs de vitesse a été testée. Sur certains sites industriels avec environnement sévère, des CPIs et localisateurs tropicalisés, dont les cartes électroniques sont vernies, peuvent être utilisés.
L’IM9-OL peut être utilisé pour la surveillance d’isolement des appareils lorsqu’ils sont hors tension (quelque soit le type de régime de neutre).

Étude de cas : station d’épuration
Les pompes de cette station doivent fonctionner en continu; pour cela des réseaux IT ont été implémentés.
Le réseau inclut de nombreux variateurs de vitesse de 250kW. La solution pour surveiller l’isolement des réseaux IT est basée sur les IM400 et IFL12 : une alarme est générée par l’IM400 en cas de défaut sur un réseau, puis le départ en défaut est automatiquement indiqué par l’IFL12.

Avantages :
> Les process critiques ne sont pas interrompus en cas de défaut d’isolement.
> Les localisateurs automatiques de défaut permettent de réduire le temps de correction des défauts.
> Compatibilité avec les variateurs de vitesse presents sur le réseau.

Application Infrastructure et Transport

Les infrastructures telles que les aéroports, rail, métro, station de recharge de bus électriques, tunnels… ont en commun un fort besoin de disponibilité de leur réseau électrique, ainsi que des contraintes de sécurité liées à la présence du public.
Les réseaux IT peuvent être implémentés pour répondre à ces besoins, notamment :
> Dans le rail : signalisation, escalators, éclairage, extracteurs de fumée.
> Dans les aéroports : éclairage, tour de contrôle, piste de décollage.
> Dans les tunnels : éclairage et extracteurs de fumée.

La continuité de service est clé, puisqu’une interruption engendre une perturbation du service pour les usagers, de l’insatisfaction et une perte de chiffre d’affaire.
Une interruption non planifiée peut aussi engendrer des risques liés à la sécurité des personnes, si elle affecte le système d’éclairage, de signalisation des trains ou avions, ou le système d’extraction de fumée.

Les contraintes sur le site
Les réseaux électriques peuvent être assez étendus (par exemple le réseau de signalisation des trains).
La longueur des câbles peut engendrer une capacité de fuite à la terre non négligeable.
Les installations peuvent être en AC ou DC : par exemple, les stations de recharge des bus ou voitures; le système d’alimentation des trams sont en DC.
Les équipements sont parfois installés en extérieur, ils doivent donc subir les variations de température et d’humidité de l’environnement.
Ils peuvent aussi être installés dans un environnement poussiéreux (par exemple dans les tunnels).

La solution avec Vigilohm
> IM400 avec localisateurs IFL12 : l’utilisation de localisateurs facilite la maintenance des réseaux étendus, un défaut d’isolement étant automatiquement localisé, sans affecter la continuité de service.
> Les IM400 permettent la mesure de capacité de fuite globale du réseau, les IFL12MC permettent une mesure de capacité de fuite départ par départ.
> Les CPIs et localisateurs communicants (Modbus) peuvent être connectés à un système de supervision.
> En cas d’environnement sévère, des CPIs et localisateurs tropicalisés, dont les cartes électroniques sont vernies, peuvent être utilisés.
> L’IM9-OL peut être utilisé pour surveiller l’isolement de charges hors tension telles que les extracteurs de fumée (quelque soit le régime de mise à la terre).

Etude de cas : aéroport
Pour des raisons de continuité de service; plusieurs parties de l’aéroport sont en IT:
> l’éclairage des pistes de décollage.
> le système de contrôle commande dans la tour de contrôle.
> les aires de stationnement des avions où ils sont chargés, déchargés, et où les pleins de carburant sont effectués.
Le système de contrôle d’isolement est composé d’IM400C et d’IFL12MCT.
Les produits communiquent vers un système de supervision.

Application Régie électrique

Les schémas de mise à la terre IT se rencontrent dans les réseaux de production d’électricité qui sont critiques :
> Dans les centrales nucléaires, au niveau des systèmes de contrôle commande, des onduleurs, des alimentations de secours.
> Dans les centrales hydroélectriques, au niveau des systèmes de contrôle commande, des moteurs DC.
Les parties basse tension et haute tension peuvent être en IT.

La continuité de service est essentielle pour assurer la sécurité sur ces installations critiques. Un défaut d’isolement ne doit pas causer d’interruption : pour cela, un réseau IT est mis en place.

Les contraintes sur le site
Les régies électriques demandent fréquemment à qualifier le matériel pour l’installer sur site : les produits doivent passer une série de tests de performance, de compatibilité CEM, de variation de température et humidité, essais de tenue sismique, etc.
Il est également requis que les produits aient un mode de sécurité positive et un certificat de sûreté fonctionnelle.

La solution avec Vigilohm
La fiabilité et la robustesse des produits Vigilohm a déjà été testée pour satisfaire aux contraintes de ces installations.
> L’IM400 a un certificat SIL 2.
> Les IM400 et localisateurs IFL12MC répondent au besoin d’un seuil d’alarme élevé, réglable par départ.
> L’IM400THR est la solution pour surveiller l’isolement des réseaux IT haute tension.

La certification de sécurité fonctionnelle SIL (Safety Integrity Level)
Cette certification quantifie le niveau de sûreté de fonctionnement d’un appareil.
Le référentiel SIL comporte quatre niveaux : SIL1, SIL2, SIL3 et SIL4, dans le sens croissant du niveau de sécurité.
La certification est délivrée par un laboratoire extérieur.
L’objet des tests est de s’assurer de la fiabilité du hardware et du logiciel embarqué du produit même en cas de défaillance interne.

Etude de cas : réseau de contrôle commande pour une centrale électrique (48 V DC)
Sur cette installation, il est requis d’avoir 3 seuils d’alarme pour la surveillance de l’isolement du réseau.
La solution IM400+IFL12MC permet de régler 2 seuils d’alarme au niveau du CPI, plus un seuil d’alarme par départ.
L’injection de l’IM400 peut être réglée sur le mode “contrôle commande” pour limiter toute perturbation des appareils raccordés au réseau.

Application Ferme solaire

Dans les installations photovoltaïques telles que les fermes solaires, quelque soit la technologie utilisée (monocristal, polycristal, couche mince) il est recommandé d’isoler de la terre les panneaux solaires au minimum pendant la nuit, pour s’assurer qu’un défaut d’isolement soit bien détecté grâce à l’utilisation d’un contrôleur d’isolement.

La crainte principale est liée aux risques d’incendie, qui peuvent être dus à des défauts d’isolement.
Par ailleurs, les fermes photovoltaïques doivent fonctionner en continu.
Les solutions mises en place pour la surveillance de l’isolement doivent impacter au minimum la productivité du site.

Les contraintes sur le site
Les fermes photovoltaïques sont des réseaux très étendus, les panneaux solaires étant présents sur une grande surface, qui produisent de l’énergie courant continu haute tension.
Tant que les panneaux photovoltaïques sont exposés au soleil, la production d’énergie ne peut pas être arrêtée.
Les appareils électriques installés sur ce type de site doivent pouvoir subir les fortes variations de température et d’humidité entre la nuit et la journée.
Un défaut d’isolement sur ce type de site peut être dû à l’usure d’un câble, à des rongeurs, à un serrage de câble incorrect, ou à des évènements climatiques entrainant l’endommagement de l’installation.
Par ailleurs, l’isolement du réseau varie énormément : ainsi, l’humidité présente le matin ou lorsqu’il pleut entraine un isolement du réseau plus bas (sans qu’il ne s’agisse d’un défaut d’isolement).
Les solutions mises en place pour la surveillance de l’isolement du réseau doivent avoir des réglages adaptés pour ne pas générer de fausses alarmes.

Les standards
> CEI 60364 Section 712 : Règles pour les installations et emplacements spéciaux – Alimentations photovoltaïques solaires.
> CEI 62109-1 et -2 : Sécurité des convertisseurs de puissance utilisés dans les systèmes photovoltaïques.
> CEI TS 62548: Groupes photovoltaïques (PV) – Exigences de conception.

La solution avec Vigilohm
Le contrôleur d’isolement IM400C associé à son adaptateur de tension (IM400-1700C ou IM400VA2) est la solution pour la surveillance de ces installations :
> Injection d’un signal très basse fréquence de 0,0625Hz, pour éviter toute perturbation de la mesure due aux capacités de fuite à la terre du réseau.
> Mesure fiable et précise de l’isolement du réseau photovoltaïque.
> Possibilité de régler le seuil d’alarme à une valeur aussi basse que 0,04kOhm : pour éviter toute fausse alarme due aux fluctuations journalières de l’isolement du réseau.
> Surveillance de l’isolement de la partie DC ainsi que de la partie AC si l’onduleur n’est pas galvaniquement isolé.
> Produits tropicalisés (IM400C, IM400-1700C, IM400VA2) pour une tenue optimale face aux conditions environnementales.
> Communication native Modbus RS485, pour intégrer les informations de l’isolement dans une supervision.

Etude de cas : surveillance de l’isolement d’une ferme photovoltaïque et enregistrement des données
Une interruption imprévue de cette ferme solaire représente une perte de 8% du rendement horaire; engendrant également des pénalités si les objectifs de production annuels ne sont pas atteints.
Afin de limiter ces risques, la partie DC du réseau, incluant les panneaux photovoltaïques, est isolée de la terre.
Un CPI IM400C mesure en permanence l’isolement du réseau.
Il est connecté à un Energy Server Com’X510, permettant l’enregistrement au fil de l’eau de la résistance et de la capacité de fuite du réseau.

Application Marine

Les réseaux IT sont fréquemment utilisés dans la marine pour répondre au besoin de continuité de service, limiter les risques d’incendie et optimiser la sécurité des personnes et des biens.
Tous les types de bateaux sont concernés: bateaux de croisière, porte containeurs, frêt, navires militaires, navires pétroliers, unités flottantes de production, de stockage et de déchargement (FPSO)
Les réseaux IT se trouvent typiquement des générateurs jusqu’aux charges finales.

Lorsqu’un bateau est en mer, il est impératif de s’assurer de son bon fonctionnement, certaines parties du navire telles que les propulseurs étant critiques.
En situation critique comme en fonctionnement normal, l’équipage doit être autonome, car une assistance externe n’est pas toujours disponible.
Les sources d’incident ne manquent pas, et les conditions climatiques sont parfois extrêmes.
Les conséquences peuvent être graves : choc électrique, surchauffe de câble, incendie, explosion, perte du système de navigation…
Pour optimiser la sécurité et la continuité de service, le choix d’un réseau IT s’impose.

Les contraintes sur le site
Les conditions sur un navire sont sévères. Les défauts d’isolement sont fréquents, dus aux conditions climatiques, à l’humidité, aux vibrations, aux efforts subits par les équipements, au niveau de chaleur dans des espaces exigus.
Les réseaux électriques sur un bateau incluent des charges telles que des variateurs de vitesse (dans la salle des machines, système de propulsion etc.)

La solution avec Vigilohm
Vigilohm offre une gamme complète de produits compatibles avec les applications marine.
> Des CPIs simples tels que IM10, IM20 répondent aux besoins des petits réseaux IT, avec un nombre limité de départs, et où il n’est pas requis d’avoir une localisation automatique des défauts.
> Les réseaux plus étendus peuvent être surveillés par des IM400 ainsi que des localisateurs automatiques de défaut de la famille IFL12.
> Certains navires incluent des salles médicales, pour lesquelles les IM10-H, IM20-H, IFL12H peuvent être utilisés.
> Lorsque les produits sont placés dans des environnements sévères, les versions tropicalisées IM400C, IFL12MCT peuvent être proposées.
> L’isolement des charges hors tension telles que les moteurs, pompes, générateurs, grues peut être surveillé avec un IM9-OL.
> Les produits communicants (IM20, IM400, IFL12C, IFL12MC) peuvent être facilement intégrés dans une supervision, pour remonter les alarmes d’isolement et les mesures en temps réel.
> L’IM400THR permet la surveillance d’isolement des réseaux IT haute Tension.
> Les produits Vigilohm ont été certifiés avec les sociétés de classification DNV, Bureau Veritas, RMRS, ABS. Les IM400 sont également certifiés UL508, UL FS (Functional Safety), démontrant un niveau de fiabilité accrue.

Étude de cas : bateau de croisière
Solution composée de IM400, IFL12MC pour une surveillance avancée de l’isolement des parties critiques du bateau.
Architecture communicante vers une supervision type Power Monitoring Expert.
Les IM9-OL sont utilisées pour la surveillance de l’isolement des générateurs lorsqu’ils sont hors tension.

Application Équipement critique hors tension

Le non démarrage de certains équipements de sécurité, tels que les moteurs de désenfumage, peut avoir des conséquences graves.
Ce risque de non démarrage est souvent dû à des problèmes d’isolement.
L’IM9-OL est utilisé pour surveiller l’isolement de l’équipement critique lorsqu’il est hors tension.

Les équipements qui fonctionnent peu peuvent être agressés par leur environnement.
Humidité, poussière, abrasion etc. peuvent engendrer une diminution de leur isolement à la terre. L’apparition d’’humidité dans les microfissures de l’isolant pendant les périodes de non fonctionnement d’un moteur est un phénomène fréquent.
Lorsque l’utilisation de cet équipement sera requise et qu’il sera raccordé sur le réseau, le risque est donc qu’il ne puisse pas démarrer à cause d’un défaut d’isolement.
Ainsi, l’isolement des équipements de sécurité, qui ne sont utilisés qu’en cas de sinistre, doit être surveillé en permanence pendant les périodes de non utilisation, ceci afin de garantir leur démarrage et leur bon fonctionnement lorsqu’ils sont sollicités.

La solution Vigilohm
Le contrôleur d’isolement permanent IM9-OL permet la surveillance de l’isolement des équipements lorsqu’ils sont hors tension.
L’IM9-OL génère une alarme si le niveau d’isolement à la terre de l’équipement est inférieur au seuil d’alarme défini.
Il peut également empêcher le démarrage de l’équipement.
Le relais d’alarme de l’IM9-OL pourra être associé à un dispositif de signalisation.

Equipements de sécurité dans les établissements recevant du public
Les équipement de sécurité ne fonctionnant qu’en cas de sinistre doivent avoir leur isolement par rapport à la terre surveillé en permanence pendant les périodes de non-utilisation, par un contrôleur permanent d’isolement associé à un dispositif de signalisation. Ceci afin d’assurer leur disponibilité.

Ce que dit la norme NFC 15-100
“Dans les installations en schéma TT ou TN, lorsqu’un équipement de sécurité n’est sollicité qu’en cas de sinistre, c’est-à-dire lorsque l’équipement de sécurité est normalement à l’état de veille, un contrôleur permanent d’isolement hors tension doit surveiller en permanence cet équipement pendant les périodes de non-fonctionnement.
La baisse de l’isolement sera signalée par un dispositif lumineux ou sonore avec possibilité de renvoi à distance de l’information.”

Exemple d’application: moteurs de désenfumage dans une gare
La surveillance de l’isolement des moteurs lorsqu’ils ne sont pas utilisés permet de détecter un défaut et de le corriger, ceci avant que le moteur n’ait à être utilisé.
Le relais d’alarme de l’IM9-OL permet le report à distance du défaut d’isolement.
La sécurité des personnes peut ainsi être assurée.

Application Les environnements sévères

Sur certains sites, il n’est pas possible d’installer les produits en intérieur : par exemple dans les applications ferroviaire, marine, les fermes solaires, ou certains sites industriels.
Les appareils électriques y sont soumis à des environnements plus sévères, pouvant inclure des variations de température ou d’humidité subites importantes.
Les environnements sévères peuvent aussi inclure certains sites industriels avec des environnements salins.
Il faut s’assurer que les produits installés soient adaptés pour supporter les contraintes sur ces sites.

Les contrôleurs d’isolement installés sur ces sites doivent supporter les conditions environnementales, sans présenter de dysfonctionnement ou sans être endommagés de façon prématurée.

Les contraintes sur le site
A titre d’exemple, quand un appareil est installé dans le local électrique d’un site photovoltaïque, il est possible de constater :
> Des températures descendant jusqu’à -40°C pendant la nuit et montant jusqu’à 70 °C pendant la journée.
> Une augmentation de température très rapide le matin.
> Une humidité relative très élevée.
Les variations importantes de température ou d’humidité présentent le risque d’avoir de la condensation humide sur les cartes électroniques des appareils.
Dans le cas d’environnement salin, le risque est d’endommager les cartes électroniques des produits prématurément.

La solution avec Vigilohm
Vigilohm comporte une gamme de produits tropicalisés, dont les cartes électroniques ont été vernies pour une tenue optimale dans les environnements sévères.
> Contrôleur d’isolement : IM400C.
> Adaptateurs de tension : IM400-1700C et IM400VA2.
> Localisateurs automatique de défaut : IFL12MCT et IFL12LMCT.

Les avantages des produits tropicalisés

Application Les réseaux IT haute Tension

Le schéma de mise à la terre IT est également utilisé pour optimiser la continuité de service sur la partie haute tension des réseaux, entre 1,5 kV et 33 kV.
Les applications qui peuvent être concernées incluent :
> Les mines et applications d’extraction de minéraux et métaux.
> La marine et la connexion des bateaux au quai (alimentation 6,6 kV des grands bateaux lorsqu’ils sont au port, grues).
> Les sites pétroliers.
> Les centrales nucléaires ou centrales à gaz.
> Les aéroports (voies de circulation).

L’enjeu sur ces installations est de garantir une continuité de service.
Sur certains sites, il existe également un risque d’explosion: il faut alors s’assurer qu’un courant en cas de défaut reste limité.

Les contraintes sur le site
Les contrôleurs d’isolement doivent supporter le niveau de tension du réseau.
Ils doivent permettre une surveillance précise de l’isolement et offrir un seuil d’alarme réglable en kOhms.
Il est également requis de limiter les phénomènes de ferro-résonance sur le réseau.

La solution avec Vigilohm
Depuis cinquante ans, Schneider Electric est fort d’une expérience acquise dans ce domaine et offre une solution complète pour la surveillance de l’isolement en haute tension, de 1,5kV à 33kV, qui inclut :
> Transformateur de tension HT.
> Contrôleur permanent d’isolement : IM400THR et IM400LTHR.
> Adaptateur de terre : P1N.

Etude de cas : site chimique
Le site inclut une dizaine de sources en 5,5 kV.
Les process de fabrication des composants chimiques peuvent prendre jusqu’à 24h. Ils ne doivent pas être interrompus, sous peine de perdre la matière première mise en jeu.
Un système de mise à la terre IT est implémenté sur la partie HT, surveillé par un IM400THR qui détecte les défauts d’isolement (par exemple dus à la poussière sur les isolateurs en verre aériens) tout en maintenant la continuité de service.

Application Les réseaux Courant Continu

Le courant continu est utilisé depuis bien longtemps et dans de nombreux domaines.
Il offre des avantages certains, notamment des facilités de stockage de l’énergie (batteries).
Il est choisi de ne pas relier l’installation DC à la terre lorsque la continuité de service est critique pour l’application en question.
En effet, lorsqu’un défaut d’isolement survient dans des réseaux non reliés à la terre, le déclenchement des protections n’est pas nécessaire.
Les applications DC non reliées à la terre comprennent des applications exigeant un niveau élevé de disponibilité comme les suivantes :
> Centrales nucléaires.
> Autres centrales électriques.
> Télécommunications.
> Systèmes de contrôle-commande.
> Station de chargement de bus ou véhicules électriques.
> Les parcs de panneaux photovoltaïques sont un cas particulier d’application DC non reliée à la terre.

L’enjeu sur ces installations est de garantir une continuité de service.

Les contraintes sur le site
Le Contrôleur Permanent d’Isolement doit pouvoir fonctionner sans l’injection d’une composante DC sur le réseau afin d’être compatible avec le système de surveillance des installations DC non reliées à la terre.
Le Contrôleur Permanent d’Isolement doit plutôt injecter un signal alternatif sur le réseau.

La solution avec Vigilohm
L’IM9 n’est pas adapté à la surveillance des réseaux DC.
Le choix se portera donc plutôt sur les contrôleurs permanent d’isolement IM10, IM20 et IM400, dont le principe de mesure est basé sur l’injection d’un courant basse fréquence (1,25Hz ou 2,5Hz) qui est compatible avec les réseaux DC.
Les localisateurs de défaut de la gamme IFL12, utilisés avec un CPI de type IM400, sont également compatibles avec les applications DC.
La gamme Vigilohm comporte également des produits avec alimentation 24-48V DC : IM400L, IM400LTHR, IFL12L, IFL12LMC.

Etudes de cas

> Le système d’injection du CPI n’est raccordé qu’à une seule polarité du réseau.
Quand le réseau comprend des charges ou batteries, le signal injecté par le CPI parcourra les deux polarités.
Par conséquent, un défaut d’isolement entre l’une des polarités et la terre sera détecté.

> Exemple d’installation avec raccordement de l’injection du CPI au point central de la batterie.

> Les produits sont alimentés par le réseau DC qu’ils surveillent : simplification du câblage dans le tableau électrique.

Guide de choix

Différentes possibilités existent en fonction des caractéristiques du réseau
Types de réseau
> Un moteur normalement hors tension : IM9-OL.
> Un petit réseau IT (pur réseau CA, sans composante continue): IM9.
> Un réseau IT CC ou CA petit ou de moyenne étendue: IM10 ou IM20.
> Un réseau de salle critique dans l’hôpital : IM10-H, IM15H, ou IM20-H, avec localisateurs IFL12H.
> Un réseau plus étendu, ou requérant des localisateurs automatiques de défaut : IM400 + localisateurs IFL12.
> Pour les réseaux requérant une analyse plus fine de l’isolement départ par départ : IM400 et localisateurs avancés IFL12MC.

Critères de choix
Le choix peut être influencé par des caractéristiques particulières du réseau à superviser :
> Sur un réseau étendu, il est préférable de mesurer la capacité de fuite à la terre.
> Sur un réseau comportant des perturbations électriques générées par les récepteurs tels que variateurs de vitesse, onduleurs… il peut être préférable de choisir un CPI de type IM400.
> Selon le niveau de tension nominale du réseau, un adaptateur de tension peut être requis pour raccorder le CPI au réseau; voire un IM400THR si l’installation est en haute tension.

Aperçu de la gamme

Pour les réseaux de type industriels

Pour les réseaux de type hôpitaux