Une grue portique parcourt plus de distance que n'importe quelle machine de l'usine, et l'énergie doit la suivre. Transformateur, câble, enrouleur et terre, mesurés sur la voie plutôt que sur la plaque signalétique.
La grue portique est la seule machine d'une usine où l'énergie doit parcourir autant de chemin que la charge. Le palan lève vingt mètres. La voie peut en faire trois cents. Presque tout ce qui tombe en panne électriquement sur ces machines tombe en panne quelque part le long de ce trajet, et presque rien de tout cela ne figure dans le devis de la grue.
Les chiffres ci-dessous concernent une machine de 100 tonnes sur une voie de 300 m, la taille que nous construisons le plus souvent pour les parcs de préfabrication et les parcs à aciers. Elle appelle 204 A à 400 V. Cela fait trois pour cent de tension perdue sur 200 m de câble 150 mm², six pour cent sur 400 m, et un enrouleur à quatre couches fait chuter ce même câble de 404 A à 227 A avant même d'avoir pensé à un après-midi de canicule. C'est à six pour cent que les variateurs commencent à déclencher en sous-tension lors d'un démarrage de levage : toute la conception électrique d'une longue voie se résume donc à maintenir ce seul chiffre sous cinq environ.
Partons du seul chiffre qui compte et qui n'est presque jamais imprimé dans une brochure : le courant au point de raccordement du câble de voie. Les plaques signalétiques de moteur ne le donnent pas, car elles sont par moteur, et une grue portique en compte quatre ou cinq.
Additionnez le palan, le chariot et les deux côtés du grand translation, puis convertissez avec la relation triphasée habituelle. Pour une machine de 400 V à facteur de puissance 0.85 et rendement moteur 0.90, le diviseur est 530 : l'ampérage égale donc les kilowatts divisés par 530, multipliés par mille. Le tableau utilise nos configurations standard ; ce sont donc des chiffres de dimensionnement SIEC et non des données de catalogue — une machine à service plus lourd, avec des motorisations de translation plus puissantes, se situera au-dessus.
| Capacité | Levage | Chariot | Grande translation | Installé | Courant à 400 V |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 7.5 kW | 1.5 kW | 2 × 1.5 kW | 12.0 kW | 22.6 A |
| 10 t | 13.0 kW | 2.2 kW | 2 × 2.2 kW | 19.6 kW | 37.0 A |
| 16 t | 18.5 kW | 3.0 kW | 2 × 3.0 kW | 27.5 kW | 51.9 A |
| 20 t | 22.0 kW | 3.7 kW | 2 × 3.7 kW | 33.1 kW | 62.4 A |
| 32 t | 30.0 kW | 5.5 kW | 2 × 5.5 kW | 46.5 kW | 87.7 A |
| 50 t | 45.0 kW | 7.5 kW | 2 × 7.5 kW | 67.5 kW | 127.3 A |
| 100 t | 75.0 kW | 11.0 kW | 2 × 11.0 kW | 108 kW | 203.6 A |
Deux choses frappent. Cent tonnes de capacité de levage ne représentent que huit fois le courant de douze tonnes, parce que la vitesse de levage baisse quand la capacité augmente. Et la moitié de la capacité de levage de l'usine se trouve dans les motorisations de grande translation des grosses machines, ce qui surprend ceux qui imaginent que le palan domine.
Les ingénieurs portuaires passent en 6.6 kV ou 11 kV pour les machines de portique, et les acheteurs de grues portiques industrielles lisent cela et demandent s'ils en ont besoin aussi. Ils n'en ont presque jamais besoin, et la raison est arithmétique plutôt que réglementaire.
Une étude de transformateur publiée pour des terminaux à conteneurs applique le même calcul à un portique de quai de 1,400 kVA alimenté sur 400 m. À 400 V, il appelle 2,021 A, exige quatre câbles 240 mm² en parallèle par phase, et chute encore d'environ 9 pour cent à pleine charge. À 6.6 kV, le même portique appelle 122 A dans un seul câble 95 mm² et chute de 0.27 pour cent.
| Machine | Installé | Courant à 400 V | Câble sur 400 m | Chute à pleine charge |
|---|---|---|---|---|
| Portique industriel 100 t | 108 kW | 204 A | 1 × 150 mm² (6.0%) | 6.0% |
| Idem, une section au-dessus | 108 kW | 204 A | 1 × 240 mm² (4.3%) | 4.3% |
| Portique de quai STS | 1,400 kVA | 2,021 A | 4 × 240 mm² par phase | 9.0% |
| STS, à 6.6 kV | 1,400 kVA | 122 A | 1 × 95 mm² | 0.27% |
Lisez le cuivre, pas la tension. Le portique de quai exige douze conducteurs 240 mm² par groupe de phases, soit environ 26 kg de cuivre par mètre de quai, et un enrouleur ou une ligne de rail capable de les porter. Notre machine de 100 tonnes n'exige qu'un câble et environ 3 kg. La moyenne tension n'est pas une vertu en soi ; c'est une façon de ne pas traîner un quart de tonne de cuivre le long d'un poste d'amarrage.
Là où le cas industriel bascule vraiment, c'est dans un chantier naval ou une travée à plusieurs grues alimentée par un seul bus de voie, et lorsque le transformateur doit se trouver très loin de la grue faute de place en bout de voie. Les deux ajoutent de la longueur de câble plutôt que de la capacité, et les deux méritent un chiffrage sérieux avant d'accepter une conception à 6 pour cent.
Pas les kilowatts installés. Une grue passe une partie de chaque cycle à attendre, et ses variateurs ne sont jamais tous à pleine puissance en même temps : le transformateur se dimensionne donc sur le courant RMS sur dix minutes, et non sur la somme des plaques signalétiques.
L'étude de terminal à conteneurs est explicite sur ce point : des facteurs de demande de 0.40 à 0.50 sur les kVA installés sont normaux pour une flotte en service, et les transformateurs sont ensuite spécifiés à 1.15 à 1.3 fois le RMS sur dix minutes. Elle rappelle aussi que le bobinage doit rester sous sa limite de point chaud pendant tout le poste, 98 °C pour une durée de vie cyclique normale selon la IEC 60076-7, et pas seulement pendant les vingt secondes du pic de levage. Un transformateur moulé à résine, avec une constante de temps thermique de trente à soixante minutes, ne voit presque pas ce pic.
| Capacité | Installé | Facteur de marche | RMS 10 min | × 1.25 | À spécifier |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 12.0 kW | 0.45 | 6.4 kVA | 8.0 kVA | 10 kVA |
| 10 t | 19.6 kW | 0.45 | 10.4 kVA | 13.0 kVA | 15 kVA |
| 16 t | 27.5 kW | 0.48 | 15.5 kVA | 19.4 kVA | 25 kVA |
| 20 t | 33.1 kW | 0.50 | 19.5 kVA | 24.4 kVA | 25 kVA |
| 32 t | 46.5 kW | 0.50 | 27.4 kVA | 34.2 kVA | 40 kVA |
| 50 t | 67.5 kW | 0.55 | 43.7 kVA | 54.6 kVA | 63 kVA |
| 100 t | 108 kW | 0.55 | 69.9 kVA | 87.4 kVA | 100 kVA |
Nos facteurs de marche sont un peu plus élevés que les chiffres portuaires, 0.45 à 0.55 plutôt que 0.40 à 0.50, parce qu'une grue portique industrielle fait souvent le travail d'une travée entière : déchargement, alimentation de la scie, transfert vers la ligne de peinture. Si votre machine a une classe de service réelle A6 ou supérieure, prenez la valeur haute et ajoutez un cran. Ce sont des chiffres de dimensionnement, pas des mesures, et la façon honnête de les remplacer est d'enregistrer une semaine de courant sur la machine livrée.
Sur le prix, un transformateur moulé à résine dans cette gamme n'est pas le problème budgétaire que l'on craint. Les prix d'usine chinois pour des unités moulées de 100 kVA se situent dans les milliers de dollars bas, et le repère général pour les petits transformateurs de distribution est de 18 à 30 USD par kVA. Ce qui coûte cher, c'est de se tromper : un transformateur acheté une taille trop petit, exploité à 40 °C ambiants dans une enveloppe en acier, passera sa vie à sa limite de point chaud.
Oui, et c'est là qu'une grue diffère de toutes les autres charges de l'usine. Les variateurs sont la source harmonique qui décide de la conception du transformateur, et les chiffres ne sont pas subtils. Une entrée à thyristors ou à diodes à six pulsations produit 25 à 35 pour cent de THD en courant. Douze pulsations la réduisent de moitié. Une entrée active la ramène à 4 à 8 pour cent.
| Étage d'entrée | THD en courant à pleine charge | Effet sur un transformateur standard |
|---|---|---|
| 6 pulsations, sans réactance | 25–35% | 10–20% de la capacité utile perdue en échauffement par courants de Foucault ; spécifier un facteur K ou le déclassement IEEE C57.110 |
| 6 pulsations avec réactance de ligne 4% | environ divisée par deux | Une unité K-13 suffit sans déclassement ; la correction la moins chère sur la machine |
| 12 pulsations | la moitié du 6 pulsations | Exige un transformateur déphaseur ou deux variateurs ; rarement rentable sous 100 kW |
| Entrée active | 4–8% | Transformateur standard suffisant ; ajoute la récupération d'énergie, ce qui compte au levage |
Deux conséquences pratiques. Si la grue partage un transformateur avec un équipement sensible, une travée de soudage ou une ligne pilotée par automate, la question des harmoniques ne concerne plus la grue mais le voisin. Et si le site dispose déjà d'un groupe électrogène de secours, rappelez-vous que la distorsion de tension harmonique est inversement proportionnelle à la puissance de la source : un groupe de secours fait paraître la même grue bien pire sur le papier que le réseau.
Nous dimensionnons les variateurs sur la machine et le transformateur avec un facteur K sur le bon de commande. Si vous voulez le traitement harmonique complet plutôt que la vue transformateur, notre fiche technique de grue portique liste les options de variateur standard par capacité.
L'erreur de spécification la plus fréquente sur un long portique est le système à feston, parce que c'est le mètre de matériel le moins cher du catalogue et que l'acheteur l'a vu sur toutes les grues d'atelier. C'est aussi le système qui cesse de fonctionner aux alentours de 80 mètres.
| Critère | Feston | Rail conducteur | Enrouleur de câble |
|---|---|---|---|
| Course pratique | 50–80 m, 150 m avec supports intermédiaires | 500 m et au-delà | 100 m à ressort, 400 m et au-delà motorisé |
| Vitesse de translation | jusqu'à 100 m/min | jusqu'à 300 m/min | 60 m/min à ressort, 120 m/min motorisé |
| Courant | 20–630 A | 50–2,000 A | 20–630 A à ressort, 500–2,000 A motorisé |
| Coût du matériel | 25–60 EUR par mètre ; 60–180 USD posé | 60–200 EUR par mètre ; 80–400 USD posé | 40–150 EUR par mètre |
| Durée de vie | Câble 3–8 ans | Rail 15–20 ans, frotteurs annuels | Enrouleur 10–15 ans, câble 3–6 ans |
| Maintenance | 6 mois, roulements et pinces de chariot | Annuelle, collecteurs et joints | 6–12 mois, tambour et collecteur tournant |
| Poussière et chaleur | Médiocre en milieu poussiéreux, durée de vie du câble en baisse au-dessus de 60 °C | Bon ; profil fermé jusqu'à 120 °C | Bon, tambour étanche |
Le point de basculement n'est pas une affaire de goût. Sous 70 m, les trois solutions fonctionnent et vous devez choisir sur d'autres critères. Entre 70 et 100 m, un feston exige des supports intermédiaires, ce qui annule généralement son avantage de coût. Au-delà de 100 m, seul un rail conducteur ou un enrouleur motorisé est praticable, et au-delà de 100 m/min de vitesse de translation le rail est de fait obligatoire, car les câbles de feston se mettent à fouetter et le rail du chariot encaisse les chocs.
Sur une voie de 200 m dans un parc de préfabrication, un rail coûte plus cher à l'achat et environ un cinquième du travail de remplacement de câble sur vingt ans. Un enrouleur motorisé coûte moins cher à installer, surtout là où il n'y a pas de place pour des supports de rail le long des allées de stockage, et c'est la meilleure réponse quand la voie doit être prolongée ou reposée dans quelques années. Les deux se défendent. Ce qui ne se défend pas, c'est 200 m de feston et un budget de maintenance.
Parce que la chaleur ne peut pas s'échapper. Un câble posé au sol évacue la chaleur vers l'air sur trois faces. Quarante spires du même câble enroulées sur un tambour évacuent la chaleur les unes dans les autres, et les couches internes chauffent assez pour vieillir l'isolant des décennies trop tôt.
Le traitement normatif n'est pas favorable à l'optimisme. Selon la DIN VDE 0298-4, un câble d'enroulement donné pour 352 A au sol et 370 A suspendu tombe à 282 A avec une couche sur le tambour, 172 A avec trois couches et 147 A avec cinq. Les tables ICEA utilisées dans les mines sont plus tranchantes encore : 85, 65, 45 et 35 pour cent pour une, deux, trois et quatre couches.
| Couches sur le tambour | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Facteur DIN VDE 0298-4 | 0.80 | 0.61 | 0.49 | 0.42 |
| Facteur ICEA | 0.85 | 0.65 | 0.45 | 0.35 |
| Grue 50 t, 127 A, intensité au sol requise | 159 A | 209 A | 260 A | 303 A |
| Grue 100 t, 204 A, intensité au sol requise | 255 A | 334 A | 416 A | 486 A |
Ajoutez aussi le facteur d'ambiance de 0.89 à 40 °C, car un parc extérieur en été n'est pas une cellule d'essai à 30 °C, et la machine de 100 tonnes sur quatre couches exige un câble donné pour 546 A au sol. C'est un trois conducteurs de 300 mm², qui pèse environ 11 kg par mètre avec sa gaine. Quatre cents mètres, c'est 4.7 tonnes sur un seul tambour : l'enrouleur devient alors un projet structurel et non un accessoire.
C'est le point où l'ingénieur électricien et l'ingénieur mécanique sont obligés de se parler. Le câble qui résout la chute de tension est souvent celui que l'enrouleur ne peut pas porter, et la réponse est soit un rail, soit un tambour plus court, soit une chute plus importante acceptée.
Faites le calcul standard en incluant le terme de réactance, car à partir de 150 mm² la part réactive cesse d'être négligeable. Avec les valeurs de l'annexe G de la IEC 60364-5-52, une résistivité de 0.0225 ohm mm² par mètre pour le cuivre en service et 0.08 milliohm par mètre de réactance, à facteur de puissance 0.85 :
| Grue | Courant | Câble | 100 m | 200 m | 400 m |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 t | 22.6 A | 16 mm² | 1.2% | 2.4% | 4.8% |
| 20 t | 62.4 A | 50 mm² | 1.2% | 2.3% | 4.6% |
| 50 t | 127.3 A | 95 mm² | 1.3% | 2.7% | 5.4% |
| 100 t | 203.6 A | 150 mm² | 1.5% | 3.0% | 6.0% |
La limite de conception est de 5 pour cent pour un départ moteur alimenté par un réseau public basse tension, avec 3 pour cent réservés à l'éclairage, et 8 pour cent lorsque l'installation est alimentée par un transformateur privé. L'annexe G de la IEC 60364-5-52 autorise bien 0.005 pour cent supplémentaire par mètre au-delà de 100 m, plafonné à 0.5 pour cent, ce qui semble généreux jusqu'à ce qu'on fasse le calcul : le plafond est atteint à 200 m et ne sauvera pas une conception à 6 pour cent.
C'est donc la colonne 400 m qui décide du câble. Une machine de 100 tonnes sur une voie de 400 m exige 240 mm² pour descendre à 4.3 pour cent, et à cette section les raccords, le rayon de courbure et le poids de l'enrouleur deviennent le projet. C'est le moment de réfléchir à l'emplacement du transformateur plutôt qu'à l'épaisseur du cuivre.
La position d'alimentation est de la conception gratuite et elle rapporte plus qu'une section de câble. La chute de tension est proportionnelle à la longueur réellement parcourue par le courant : alimenter au milieu la divise par deux, et deux points d'alimentation la ramènent au tiers.
| Montage d'alimentation | Longueur effective | 100 t, voie de 400 m | Ce que cela coûte |
|---|---|---|---|
| Alimentation en bout | 100% | 6.0% en 150 mm² | Chemin de câble le moins cher, câble le plus gros |
| Alimentation au centre | 50% | 3.0% en 150 mm² | Un chemin de câble jusqu'au milieu de la voie, ou un rail alimenté à mi-portée |
| Deux points d'alimentation au tiers | 33% | 2.0% en 150 mm² | Deux sectionneurs verrouillés entre eux ; un rail est plus simple qu'un enrouleur ici |
| Trois points d'alimentation | 25% | 1.5% en 150 mm² | Bus sectionné, joints protégés, plus d'inspections |
Une alimentation au centre sur une voie de 400 m vaut deux sections de câble, et elle coûte une tranchée et une longueur de câble armé. Le piège, c'est la coupure : chaque point d'alimentation exige un sectionneur verrouillable, et l'interrupteur d'alimentation de la grue doit être accessible à quiconque travaille sur la machine. Sur un système à rail, les points d'alimentation sont aussi des joints, et les joints sont là où se concentrent à la fois la chute de tension et la corrosion.
Non, et c'est la deuxième hypothèse la plus coûteuse dans une commande export. La IEC 60038 fixe les valeurs nominales préférentielles et, ce qui est utile aux acheteurs, consigne aussi ce qui existe encore sur le terrain.
| Système | Fréquence | Statut | Où on le rencontre |
|---|---|---|---|
| 230/400 V | 50 Hz | Préférentiel | La majeure partie de l'Europe, la Chine, le Moyen-Orient, la plupart de l'Asie et de l'Afrique |
| 220/380 V | 50 Hz | Remplacé, subsiste encore | Usines anciennes en Asie, certaines régions d'Amérique latine |
| 240/415 V | 50 Hz | Remplacé, subsiste encore | Héritage britannique, Australie, certaines régions d'Afrique et du Golfe |
| 277/480 V | 60 Hz | Préférentiel | Industrie nord-américaine |
| 347/600 V | 60 Hz | Préférentiel | Canada, une partie de l'industrie lourde américaine |
| 400/690 V | 50 Hz | Préférentiel | Grandes usines, mines, certains ports |
La migration de 220/380 vers 230/400 devait tenir dans plus six moins dix pour cent, et celle de 240/415 dans plus dix moins six pour cent, avec une échéance dépassée en 2003. Vingt-trois ans plus tard, beaucoup d'usines tournent encore sur les anciennes valeurs : c'est pourquoi la première question de toute demande devrait être une tension entre phases mesurée au point d'alimentation de la grue, et non une tension nominale.
Du côté de l'utilisation, la IEC 60038 place la plus basse tension d'utilisation acceptable pour un système 230/400 V à 196/340 V. C'est le plancher de la norme, pas un objectif de conception. Les contacteurs de grue sont moins indulgents que la norme : une chute de 15 à 20 pour cent suffit à les faire bruire, et un contacteur de translation qui bruit sur un portique chargé, c'est ainsi qu'on obtient un emballement.
C'est le moteur qui décide. Le couple est approximativement proportionnel au carré du rapport volts par hertz : la tension et la fréquence de la plaque doivent donc se lire par paire, et c'est là que les commandes export tournent mal même quand la tension semble suffisamment proche.
| Alimentation | Volts par hertz | Couple par rapport à un moteur 400 V / 50 Hz |
|---|---|---|
| 400 V, 50 Hz (référence) | 8.00 | 100% |
| 380 V, 50 Hz | 7.60 | 90% |
| 415 V, 50 Hz | 8.30 | 108%, mais le circuit magnétique sature et chauffe davantage |
| 480 V, 60 Hz | 8.00 | 100% de couple, 20% de vitesse et de puissance en plus |
| 440 V, 60 Hz | 7.33 | 84% |
| 400 V, 60 Hz | 6.67 | 69%, et le palan ne lèvera pas sa charge nominale |
Le cas inverse est tout aussi gênant et mieux documenté. US Motors publie des facteurs de déclassement pour faire tourner un moteur 60 Hz en 50 Hz : à 380 V un moteur TEFC délivre 0.80 de sa puissance nominale, à 400 V 0.75, et à 415 V 0.70. Leur exemple chiffré est un besoin de 10 hp, 4 pôles, 50 Hz, 380 V, qui exige un moteur 15 hp 60 Hz. La vitesse tombe aux cinq sixièmes, ce que l'acheteur remarque sur un portique, car la vitesse de grande translation, c'est le temps de cycle.
Avec un variateur de fréquence, le moteur est alimenté par le variateur et non par le réseau : la fréquence se règle dans un paramètre et l'écart disparaît en grande partie. Il ne disparaît pas totalement : la bobine de frein, les ventilateurs d'armoire, le transformateur de commande et les cames de fin de course restent des appareils raccordés au réseau. Si vous commandez en Chine pour un pays en 60 Hz, dites-le dans la demande et précisez pour quelle fréquence le circuit de commande doit être construit.
Elle a besoin d'un chemin de terre, et les rails ne le constituent pas. C'est le même raisonnement que la question du chemin de roulement sur une potence, en plus difficile à corriger plus tard, car sur un portique le joint de rail est une liaison boulonnée ou bridée qui reste dehors, dans la poussière et la pluie.
La pratique chinoise est la plus précise et vaut d'être connue même hors de Chine. La GB 50057-2010 exige une résistance de terre de 4 ohm ou mieux pour une structure de catégorie 2, 10 ohm étant admis pour la mise à la terre répétée. Les rails conducteurs doivent être mis à la terre aux deux extrémités et reliés au réseau de terre tous les 30 m le long du tracé. Les joints de rail doivent être pontés par au moins 16 mm² de cuivre, chaque liaison sous 0.03 ohm, et un point de raccordement à la terre est attendu à intervalles ne dépassant pas 25 m. La résistance de transition entre tout composant de la grue et la terre doit être de 4 ohm ou moins.
| Élément | Exigence | Source |
|---|---|---|
| Résistance de terre, structure de catégorie 2 | 4 ohm ou moins ; 10 ohm pour la mise à la terre répétée | GB 50057-2010 |
| Pontage des joints de rail | ≥ 16 mm² de cuivre, liaison sous 0.03 ohm | GB 50057-2010 |
| Intervalle des raccordements à la terre | Rail mis à la terre aux deux extrémités, tous les 25–30 m le long | GB 50057-2010 |
| Continuité de la terre foudre | Sous 10 ohm ; au-delà, liaison au réseau de terre en ≥ 70 mm² | UK CPA TIN 036, BS EN 62305-1 et -3 |
| Électrode de fondation | Acier rond ≥ 10 mm, ou plat galvanisé ≥ 30 × 3.5 mm | Pratique DEHN des terres de fondation, EN 62305-3 |
| Maille de terre en anneau lorsqu'un LPS est installé | ≤ 10 × 10 m dans le sol, maille de liaison ≤ 20 × 20 m dans la dalle | EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) |
L'ajout d'un paratonnerre est une question distincte. La GB 50057 n'en impose pas sur une grue extérieure, mais elle exige que la mise à la terre soit bonne et que les rails soient reliés à la terre de façon fiable. Si la grue est l'élément le plus haut d'un parc ouvert, une tige sur le chariot d'extrémité protège les armoires et les variateurs de la machine elle-même, et elle coûte peu face au remplacement d'un variateur. Ce sur quoi les normes sont unanimes : la structure de la grue et les rails peuvent faire partie du chemin de terre, mais vous ne pouvez pas vous y fier seuls comme conducteur de protection.
Trois choses mordent plus sur un portique que sur une grue d'intérieur, et toutes les trois concernent l'eau et le courant résiduel.
D'abord l'indice de l'enveloppe. IP54 est la valeur habituelle pour les grues d'usine intérieures, IP55 est le minimum pratique en extérieur où la pluie et la condensation arrivent ensemble, et les parcs côtiers veulent IP65 et de la quincaillerie inox. La IEC 61439-1 fait de l'IP déclaré une caractéristique vérifiée de l'ensemble, ce qui signifie qu'il doit être prouvé sur l'armoire finie et non déduit des composants qu'elle contient.
Ensuite le dispositif différentiel. Une grue équipée d'un variateur peut produire un courant résiduel continu lissé en cas de défaut, qu'un dispositif de type AC ou de type A ne voit pas. Le type B est le seul choix correct, et la recommandation habituelle pour les grues est une variante super-immunisée, car les dispositifs de type B ordinaires déclenchent intempestivement sur les fuites du variateur. Le dispositif instantané 30 mA a sa place sur les circuits terminaux alimentant du matériel portatif, pas sur l'alimentation de la grue : une grue n'est pas un appareil portatif, et couper son alimentation peut provoquer un mouvement non maîtrisé.
Troisièmement, l'interrupteur d'alimentation de la grue et la disposition des sectionneurs, que la IEC 60204-32:2023 traite longuement. La norme part de l'interrupteur d'alimentation de la grue et inclut explicitement les barres conductrices et les systèmes à feston extérieurs à la machine : le mode d'électrification relève donc du champ de la sécurité électrique et non d'un poste de génie civil séparé. Elle exige aussi la protection du transformateur contre les surintensités et contre l'échauffement excessif en cas de court-circuit au secondaire, avec seulement trois exceptions étroites à la protection contre les surintensités sur les conducteurs secondaires du transformateur : capacité suffisante des conducteurs, longueur ne dépassant pas 3 m, et protection mécanique.
Ci-dessous la répartition des défauts électriques sur les grues portiques que nous avons mises en service et entretenues, regroupés par cause première. Ce sont nos propres fiches d'intervention, pas une statistique publiée, et l'échantillon est assez petit pour qu'il faille le lire comme un classement et non comme un taux.
| Cause première | Part | Ce que cela donne sur site |
|---|---|---|
| Tension d'alimentation inadaptée ou mauvaise prise de transformateur | 21% | Les variateurs déclenchent en sous-tension en charge ; tension mesurée 5–8% sous la plaque |
| Rail conducteur sous-dimensionné ou frotteurs usés | 18% | La grande translation ralentit en bout de voie ; arc et noircissement des frotteurs aux joints |
| Surchauffe des couches de l'enrouleur de câble | 17% | Gaine molle ou fissurée sur les couches internes ; odeur de caoutchouc chaud après une longue translation |
| Pontage des joints de rail absent | 14% | Impédance de boucle de terre élevée ; le différentiel déclenche quand la machine est mouillée |
| Mauvais type de différentiel sur une grue à variateurs | 12% | Déclenchements intempestifs aléatoires, pires par temps humide |
| Condensation dans l'armoire et indice IP insuffisant | 10% | Corrosion des bornes, résistance chauffante hors service, traces d'eau à l'intérieur de la porte |
| Ordre des phases et câblage de commande | 8% | La translation part à l'envers ; le fin de course agit du mauvais côté à la mise en service |
Remarquez ce qui n'est pas dans la liste : panne de transformateur, panne de câble et panne de variateur, les trois choses qui inquiètent les acheteurs. Presque tout ce qui précède est une erreur de mise en service ou de spécification, donc évitable avec un multimètre et une liste de contrôle d'une page, et presque rien n'est couvert par une garantie, car la machine fonctionnait à la livraison.
L'ordre ci-dessous est par rendement de l'effort, des choses qui ne coûtent rien à celles qui coûtent un transformateur. La dernière ligne est un contre-exemple délibéré.
| Action | Coût | Effet |
|---|---|---|
| Mesurer la tension réelle et régler la prise du transformateur | Temps d'ingénierie seulement | ±5% de tension récupérés, supprime le principal défaut de première année |
| Pontonner chaque joint de rail et ajouter des mises à la terre répétées | 300–1,500 USD | Rétablit le chemin de terre et supprime les déclenchements par temps humide |
| Déplacer l'alimentation au centre de la voie | 2,000–8,000 USD | Divise la chute par deux, vaut deux sections de câble |
| Augmenter le câble de voie d'une section | 1,500–6,000 USD | 1.5 à 1.7 points de pourcentage en moins sur la chute ; revérifier d'abord la capacité de l'enrouleur |
| Installer une réactance de ligne 4% sur chaque départ de variateur | 200–600 USD | Réduit la THD en courant d'environ moitié et restaure la capacité du transformateur |
| Remplacer le feston par un rail conducteur sur une voie de plus de 150 m | 4,000–20,000 USD | Supprime un remplacement de câble tous les 3–8 ans et le problème de fouettement à grande vitesse |
| Acheter un transformateur plus gros | 3,000–15,000 USD | Ne corrige pas une chute qui se produit en aval ; ne corrige rien de mesurable sauf si le transformateur est réellement surchargé |
Cette dernière ligne piège plus d'acheteurs que tout autre point de cette page. Une chute de 6 pour cent en bout d'une voie de 400 m est causée par les 400 m, pas par le transformateur, et aucun kVA supplémentaire en bout proche ne changera la tension en bout lointain. Commandez le transformateur sur le courant RMS, le câble sur la chute et le déclassement, et la position d'alimentation sur l'arithmétique.
Dix lignes. Chacune change le prix, et aucune n'est une spécification qu'un fournisseur peut deviner.
La première ligne est celle qui fait économiser le plus, et c'est celle à laquelle on répond le plus souvent par le mot « standard ». Il n'y a pas de tension standard. Il y a la tension à votre tableau, mesurée, le jour de la mise en service de la machine.
Environ 63 kVA pour une machine de 400 V avec 67.5 kW installés et un facteur de marche de 0.55, ce qui donne 43.7 kVA de courant RMS sur dix minutes et 54.6 kVA après le coefficient 1.25. Arrondissez à la taille normalisée supérieure. C'est bien plus petit que ce que la plupart des acheteurs imaginent, et la raison est qu'une grue n'est pas une charge continue : elle passe une partie de chaque cycle à attendre et ne fait jamais tourner tous ses variateurs à pleine puissance en même temps. Notre bon de commande de grue portique demande justement la classe de service pour que ce chiffre soit calculé plutôt que deviné, et le calcul doit figurer sur la fiche technique avec le transformateur.
Oui, avec une réserve. Le couple augmente d'environ 8 pour cent parce que le rapport volts par hertz passe de 8.00 à 8.30, et le moteur chauffe davantage parce que le circuit magnétique est plus proche de la saturation. C'est normalement acceptable, puisque la IEC 60038 autorise un système 230/400 V à se situer à 440 V aux bornes d'alimentation. Réglez la prise du transformateur sur la tension mesurée plutôt que de la laisser au réglage d'usine, et vérifiez que le transformateur de commande et les bobines de frein sont donnés pour la valeur supérieure.
L'un des deux, et le feston n'est pas une option à cette longueur. Au-delà de 100 m, les choix pratiques sont un rail conducteur, donné pour 500 m et plus, ou un enrouleur de câble motorisé, donné pour 400 m et plus. Choisissez le rail lorsque la vitesse de translation dépasse 100 m/min, que le parc est poussiéreux ou que plusieurs grues partagent la voie. Choisissez l'enrouleur lorsqu'il n'y a pas de place pour des supports de rail, que la voie peut être reposée, ou qu'un raccordement à fiche en bout de bloc est utile en exploitation.
Presque toujours parce que le dispositif est du mauvais type. Un variateur peut produire un courant résiduel continu lissé pendant un défaut, que les dispositifs de type AC et de type A ne détectent pas, et les dispositifs de type B ordinaires déclenchent sur le courant de fuite normal d'un variateur à long câble moteur. Installez un dispositif de type B super-immunisé, vérifiez la sélectivité avec le dispositif en amont, et déplacez toute protection instantanée 30 mA vers les circuits terminaux alimentant l'outillage à main plutôt que vers l'alimentation de la grue.
Pas toujours, mais elle a toujours besoin d'un chemin de terre défini. La GB 50057-2010 n'impose pas de tige sur une grue extérieure, tout en exigeant une mise à la terre de 4 ohm ou mieux et une mise à la terre fiable des rails avec des joints pontés à 16 mm² ou plus. Si la grue est la structure la plus haute d'un parc ouvert, une tige sur le chariot d'extrémité est une assurance peu coûteuse pour les armoires et les variateurs, et la continuité de terre doit être mesurée sous 10 ohm, avec une liaison d'au moins 70 mm² au réseau de terre du site dans le cas contraire.
Seulement avec déclassement, et le déclassement est important. US Motors publie 0.80 pour un moteur TEFC à 380 V, 0.75 à 400 V et 0.70 à 415 V, ce qui signifie qu'un besoin de 10 hp demande un moteur de 15 hp. La vitesse tombe aux cinq sixièmes, donc la grande translation d'un portique ralentit et le temps de cycle change. Si la grue a des variateurs de fréquence, le côté moteur est pris en charge par le variateur, mais les bobines de frein, les ventilateurs d'armoire et le transformateur de commande restent des appareils raccordés au réseau et doivent être commandés pour la bonne fréquence.
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