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Raccordement électrique des compresseurs

Dimensioning Compressor Installations Compressed Air Wiki Compressors

Pour dimensionner et installer un compresseur, il est nécessaire de savoir comment chaque partie d'un composant affecte les autres et quelles sont les règlementations et dispositions qui s'appliquent. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des paramètres à prendre en compte pour faire fonctionner de manière appropriée le circuit électrique d'une installation de compresseur.

Quels sont les types de moteurs utilisés dans les installations de compresseurs ?

Pour l'essentiel, les compresseurs fonctionnent à l'aide de moteurs à induction à cage d'écureuil triphasés. En général, on utilise des moteurs basse tension jusqu'à 450-500 kW, et des moteurs haute tension pour les puissances supérieures.

La classe de protection du moteur est réglementée par des normes. Une conception protégée contre les poussières et contre les jets d'eau (IP55) est privilégiée par rapport à des moteurs ouverts (IP23) qui peuvent nécessiter un démontage et un nettoyage réguliers. Sinon, les dépôts de poussière dans la machine peuvent entraîner une surchauffe, et par conséquent une diminution de la durée de vie. Dans la mesure où le capot du compresseur offre une première barrière de protection contre la poussière et l'eau, une classe de protection inférieure à IP55 peut également être utilisée.

Le moteur, généralement refroidi par ventilateur, est réglé pour fonctionner à une température ambiante maximum de 40 °C et à une altitude maximum de 1 000 m. Certains fabricants proposent des moteurs standard avec une capacité de température ambiante maximum de 46 °C. A des températures plus élevées ou à une altitude plus élevée, la sortie doit être réduite. La plupart du temps, le moteur est monté sur bride et directement connecté au compresseur. La vitesse est adaptée au type de compresseur, mais en pratique on ne trouve que des moteurs 2 pôles ou 4 pôles avec une vitesse de 3 000 tr/min. La puissance nominale du moteur est également déterminée (à 1 500 tr/min).

Electricité, une prise électrique

La puissance nominale du moteur est également déterminée par le compresseur et doit être le plus proche possible des exigences du compresseur. Un moteur surdimensionné coûte plus cher, nécessite un courant de démarrage inutilement élevé, requiert des fusibles plus grands, atteint un faible facteur de puissance et se révèle un peu moins efficace. Un moteur trop petit pour l'installation dans laquelle il est utilisé est vite en surcharge et, par conséquent, risque de tomber en panne.

La méthode de démarrage doit également faire partie des critères lors de la sélection d'un moteur. Lors d'un démarrage étoile/triangle, le moteur démarre avec seulement un tiers de son couple de démarrage normal. Par conséquent, une comparaison des courbes de couple du moteur et du compresseur peut être utile pour garantir les bons démarrages du compresseur.

Les trois méthodes différentes pour démarrer le moteur

Les méthodes de démarrage les plus courantes sont le démarrage direct, le démarrage étoile/triangle et le démarrage progressif. Le démarrage direct est simple et ne nécessite qu'un contacteur et un disjoncteur thermique. Il possède néanmoins deux inconvénients : son courant de démarrage est élevé, 6 à 10 fois supérieur au courant nominal du moteur, et son couple de démarrage est également élevé, ce qui peut, par exemple, endommager les arbres et les raccords. Le démarrage étoile/triangle permet de limiter le courant de démarrage. Le démarreur est constitué de trois contacteurs, d'un disjoncteur thermique et d'un temporisateur. Le moteur démarre grâce au couplage étoile et après une durée déterminée (lorsque la vitesse a atteint 90 % de la vitesse nominale), le temporisateur change de contacteur au niveau du moteur pour passer au couplage triangle, correspondant au mode de fonctionnement.

Le démarrage étoile/triangle réduit le courant de démarrage d'environ 1/3 par rapport au démarrage direct. Toutefois, dans le même temps, le couple de démarrage chute également d'1/3. Ce couple de démarrage relativement faible indique que la charge du moteur doit être faible lors de la phase de démarrage afin que le moteur atteigne quasiment sa vitesse nominale avant de passer au couplage triangle. Si la vitesse est trop faible, un pic de courant/couple aussi important qu'avec un démarrage direct sera généré lors du passage au couplage triangle.

Le démarrage progressif, qui peut être une alternative à la méthode de démarrage étoile/triangle, s'effectue via un démarreur composé de semi-conducteurs (interrupteurs de type IGBT) au lieu de contacteurs mécaniques. Le démarrage est progressif et le courant de démarrage est limité à environ trois fois le courant nominal.

La plupart du temps, les démarreurs pour démarrage direct et démarrage étoile/triangle sont intégrés dans le compresseur. Pour les grandes installations de compresseurs, les unités peuvent être installées séparément au sein de l'appareillage électrique en raison des exigences en matière d'espace, du développement de chaleur et de l'accès pour le service. Habituellement et en raison du rayonnement thermique, pour le démarrage progressif, le démarreur est placé séparément, à proximité du compresseur. Toutefois, il peut également être intégré à l'intérieur du compresseur, à condition que le système de refroidissement soit correctement installé. Le dispositif de démarrage des compresseurs haute tension se trouve toujours dans une armoire électrique distincte.

Tension de commande

contrôler la tension d'une installation de compresseur

En général, aucune tension de commande n'est connectée au compresseur car la plupart des compresseurs sont équipés d'un transformateur de commande intégré. L'extrémité principale du transformateur est connectée à l'alimentation du compresseur. Cette disposition offre un fonctionnement plus fiable. En cas de perturbations dans l'alimentation, le compresseur s'arrête immédiatement et empêche le redémarrage. Cette fonction, avec une tension de commande fournie en interne, doit être utilisée lorsque le démarreur ne se trouve pas à proximité du compresseur.

Protection contre les courts-circuits

La protection contre les courts-circuits, qui est placée au niveau de l'un des points de départ des câbles, peut comprendre soit des fusibles soit un disjoncteur. Quelle que soit la solution choisie, si elle correspond parfaitement au système, elle fournira le niveau de protection adapté. Les deux méthodes présentent des avantages et des inconvénients. Les fusibles sont bien connus et fonctionnent mieux qu'un disjoncteur pour les grands courants de court-circuit, mais ils ne créent pas de coupure pour un isolement total et ont un temps de coupure assez long pour les petits courants de défaut. Les disjoncteurs créent une coupure pour un isolement total, même pour les petits courants de défaut, mais ils exigent davantage de travail pendant la phase de planification par rapport aux fusibles. Le dimensionnement de la protection contre les courts-circuits est basé sur la charge attendue, mais également sur les limites de l'unité du démarreur.

Pour plus d'informations sur la protection contre les courts-circuits du démarreur, reportez-vous à la norme CEI (Commission Electrotechnique Internationale) 60947-4-1, type 1 et type 2. La sélection du type 1 ou du type 2 repose sur la manière dont un court-circuit affectera le démarreur.

Type 1 : « (…) exige qu'en condition de court-circuit, le contacteur ou le démarreur n'occasionne pas de danger aux personnes ou aux installations. (...) accepte que des réparations ou remplacements soient nécessaires avant la remise en service. ».

Type 2 : « (…) exige qu'en condition de court-circuit, le contacteur ou le démarreur n'occasionne pas de danger aux personnes ou aux installations et qu'il soit en mesure de fonctionner ensuite. Le risque de soudure des contacteurs est admis ; dans ce cas, le constructeur doit indiquer les mesures à prendre en ce qui concerne la maintenance du matériel. ».

Câbles

Conformément aux dispositions de la norme, les câbles doivent être dimensionnés de manière à ne pas subir de températures excessives et de dommages thermiques ou mécaniques suite à un court-circuit électrique, en condition de fonctionnement normal. Le dimensionnement et le choix des câbles reposent sur la charge, la chute de tension autorisée, la méthode d'acheminement (sur un support, mural, etc.) et la température ambiante. Les fusibles peuvent, par exemple, servir à protéger les câbles et être utilisés pour la protection contre les courts-circuits et la protection contre les surcharges. En ce qui concerne les moteurs, on utilise une protection contre les courts-circuits (des fusibles par exemple) et une protection distincte contre les surcharges (il s'agit en général de la protection du moteur incluse dans le démarreur).

La protection contre les surcharges protège le moteur et les câbles du moteur en coupant le démarreur lorsque le courant de charge dépasse une valeur prédéfinie. La protection contre les courts-circuits protège le démarreur, le disjoncteur thermique et les câbles. Le dimensionnement des câbles, tenant compte de la charge, est défini dans la norme CEI 60364-5-52. Un autre paramètre doit être pris en compte lors du dimensionnement des câbles et de la protection contre les courts-circuits : la condition de « coupure ». Cette condition indique que l'installation doit être conçue de sorte qu'un court-circuit se produisant n'importe où dans l'installation entraîne une coupure rapide et sécurisée. Pour respecter cette condition, il est primordial de tenir compte, entre autres, de la protection contre les courts-circuits et de la longueur/section des câbles.

Compensation de phase pour les transformateurs à forte charge

Le moteur électrique ne consomme pas uniquement de la puissance active, pouvant être convertie en action mécanique, mais également de la puissance réactive, nécessaire à la magnétisation du moteur. La puissance réactive charge les câbles et le transformateur. La relation entre la puissance active et réactive est déterminée par le facteur de puissance, cos φ. Il est généralement compris entre 0,7 et 0,9, la plus petite valeur faisant référence aux petits moteurs.

Le facteur de puissance peut quasiment atteindre 1 lorsque la puissance réactive est directement générée par la machine à l'aide d'un condensateur. Cela évite de prélever la puissance réactive depuis l'alimentation secteur. Cette compensation de phase permet au fournisseur d'électricité de facturer la puissance réactive jusqu'à un niveau prédéterminé et à l'équipement de décharger les câbles et les transformateurs à forte charge.

Pour en savoir plus sur le processus d'installation d'un compresseur, voir ci-dessous.

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