Un pont roulant parcourt plus de distance que n'importe quelle machine de l'usine, et l'alimentation doit le suivre. Transformateur, câble, enrouleur et mise à la terre, mesurés sur le chemin de roulement plutôt que sur la plaque signalétique.
La plupart des questions électriques sur une grue n'ont qu'une seule réponse. Sur une grue spéciale, la même question en a quatre, et elles se contredisent. Une ligne de rail conducteur, la solution la moins chère et la plus fiable pour alimenter un pont à grappin de 20 tonnes, est totalement interdite dans le bâtiment voisin si celui-ci est classé. Un variateur qui améliore le contrôle sur une ligne de décapage peut annuler la certification du moteur situé deux mètres plus loin. Un palan parfaitement sûr dans un hall à charbon échouera au comptage particulaire dans une salle blanche.
Le choix de l'alimentation sur une grue spéciale n'est donc pas un calcul de charge. C'est un calcul de salle. Si la salle est mal identifiée, le package électrique est faux, quelle que soit la qualité du dimensionnement.
Cet article parcourt les quatre salles pour lesquelles nous construisons : manutention de vrac en poussière combustible, lignes de décapage et d'acide, salles blanches et installations classées gaz. Même famille de grues, même contrôleur, quatre réponses différentes. La capacité installée va d'environ 0,5 tonne dans une baie de semi-conducteurs à 50 tonnes sur un grappin.
Parce que le mode de défaillance change. Sur une grue ordinaire, l'ennemi est la chute de tension et la classe de service. En atmosphère explosive, l'ennemi est une étincelle que l'on ne voit pas, ou une surface à 140 degrés alors que le gaz s'enflamme à 135. Dans un hall de décapage, l'ennemi est un film d'acide chlorhydrique qui transforme un isolant propre en conducteur en dix-huit mois. Dans une salle blanche, l'ennemi est la poussière de carbone émise par vos propres frotteurs.
Chacun de ces problèmes est un problème électrique à solution mécanique, ou l'inverse. C'est pourquoi le package électrique d'une grue spéciale représente généralement le deuxième poste le plus important du devis, après la structure.
| Salle | Ce que fait l'atmosphère | Ce qui lâche en premier | Ce que doit être l'alimentation |
|---|---|---|---|
| Grappin, terminal de vrac | Nuage de poussière combustible, couche de 5 mm sur chaque surface horizontale | La température de surface sous la couche de poussière, pas l'arc | Enveloppe adaptée à la poussière, IP6X, classe T déclarée avec la couche |
| Ligne de décapage | Brouillard acide, condensation deux fois par jour, film de chlorures | La résistance d'isolement, puis le cheminement en surface | IP65 ou mieux, degré de pollution 3 ou 4 supposé, gaine résistant à l'acide |
| Salle blanche | Rien de corrosif. Tout se compte en particules | La grue comme source de particules et d'ESD | Variateur étanche, air moteur filtré, aucun contact glissant exposé |
| Installation classée gaz | Gaz ou vapeur inflammable, Zone 1 ou 2 | Tout contact produisant des étincelles, toute surface chaude | Moteur et collecteur certifiés Ex, aucune ligne de rail conducteur |
Remarquez que sur ces quatre colonnes, une seule parle d'électricité au sens habituel. Trois décrivent ce que l'environnement fait à l'équipement, et non ce que l'équipement fait à l'alimentation.
Les salles reçoivent leur nom du système de zones, pas du procédé. Les zones gaz sont 0, 1 et 2. Les zones poussière sont 20, 21 et 22. Le chiffre suit la fréquence de présence réelle de l'atmosphère, et les valeurs ci-dessous sont celles que les constructeurs de grues publient sur leurs fiches de marquage Ex.
| Zone | Présence par an | Catégorie ATEX | Enveloppe pour poussière |
|---|---|---|---|
| 0 / 20 | Plus de 1 000 heures | Catégorie 1 | IP6X, et la plupart des constructeurs de grues ne le chiffrent pas |
| 1 / 21 | De 10 à 1 000 heures | Catégorie 2 | IP6X, conductrice ou non |
| 2 / 22 | Moins de 10 heures | Catégorie 3 | IP6X si la poussière est conductrice, IP5X si elle ne l'est pas |
Deux choses piègent les gens ici. La première est que l'exigence IP n'est pas un chiffre unique. En Zone 22, vous pouvez utiliser IP5X quand la poussière est non conductrice et IP6X quand elle est conductrice : un terminal céréalier et une usine de poudres métalliques de la même catégorie Zone 22 n'ont donc pas la même enveloppe. La seconde est qu'une grue de catégorie 3 n'est pas une grue de catégorie 2 avec moins de certificats. Les défauts testés sont différents, et le dossier est différent.
La température de surface vient par-dessus la zone. Les classes de gaz vont de T1 à 450 degrés jusqu'à T6 à 85, et la plupart des acheteurs industriels demandent T3 ou T4. T4 correspond à 135 degrés. Ce seul chiffre détermine davantage de package électrique que la zone, car il s'applique à l'extérieur du moteur, à l'intérieur de la boîte à bornes et au frein.
| Classe | Surface max. | Gaz typique | Ce que cela vous coûte |
|---|---|---|---|
| T1 | 450 C | Ammoniac, méthane dans certaines qualités | Presque rien. Les moteurs standard passent |
| T3 | 200 C | Vapeurs d'essence, la plupart des solvants | Réel. Classe de moteur, type de frein, boîte à bornes |
| T4 | 135 C | Acétaldéhyde, éther diéthylique, la plupart des flux de raffinage | Dicte toute la sélection du moteur et exclut la plupart des freins standard |
| T6 | 85 C | Disulfure de carbone | Machines spéciales uniquement. Nous en refusons plus que nous n'en acceptons |
Un moteur de 30 kW à 85 degrés de surface n'est pas un moteur de 30 kW avec un plus gros ventilateur. C'est une carcasse différente, un bobinage différent, souvent un mode de refroidissement différent. Si l'acheteur écrit T6 dans le cahier des charges sans vérifier ce qui se trouve dans la salle, le projet se bloque au stade du devis moteur et tout le monde perd six semaines.
Ce point n'est pas une question d'opinion. Mazzella, qui électrifie des grues depuis des décennies, l'a résumé en une seule phrase dans sa comparaison des lignes de rail conducteur, des festons et des enrouleurs de câble : un système de ligne de rail conducteur ne peut jamais être utilisé dans un environnement qui exige une grue antidéflagrante.
La raison, c'est le frotteur. C'est un contact glissant. Il produit une petite étincelle à chaque joint, à chaque passage de la grue, et davantage sous charge. Dans un hall ordinaire, cette étincelle est une nuisance de maintenance. Dans une atmosphère Zone 1, c'est une source d'inflammation dont la durée de vie se mesure en millisecondes.
On ne s'en sort pas non plus en rendant le tout étanche. Une ligne de rail conducteur fermée par un capot IP6X contient toujours un frotteur qui glisse sur un conducteur nu sous le capot, et la norme n'accepte pas une enveloppe comme protection d'un contact produisant des étincelles en atmosphère classée. C'est pourquoi la réponse n'est pas une meilleure ligne de rail conducteur. La réponse est une autre technologie.
La même logique traverse les accessoires. Le catalogue ATEX de festons de Conductix-Wampfler fixe une vitesse de translation maximale de 1 m/s et indique clairement que la protection contre l'explosion est annulée au-delà de cette vitesse. Il interdit aussi les câbles et tuyaux PVC dans le système et exige une gaine épaisse en polychloroprène ou en élastomère synthétique équivalent. Ces deux exigences ont la même raison d'être : l'accumulation d'électricité statique et la dégradation de la gaine produisent des étincelles qu'aucune enveloppe ne contiendra.
Trois options, et elles ne sont pas interchangeables. Le feston, l'enrouleur de câble et, si la machine tourne, un collecteur à bagues certifié Ex.
| Méthode | Limite de vitesse | Gaine et matériaux | Là où elle gagne |
|---|---|---|---|
| Feston ATEX | 1 m/s, limite absolue | Polychloroprène épais. Aucun PVC | Chemins de roulement courts à moyens, chariot et pont, commande incluse |
| Enrouleur de câble | Fixée par l'enrouleur et le câble, 60 à 100 m/min typiquement | Corps en acier inoxydable ou galvanisé, thermolaqué | Longue translation, salles corrosives et acides, cadences élevées |
| Collecteur à bagues Ex | Rotation, typiquement 40 tr/min et plus sur demande | Boîtier antidéflagrant ou à sécurité augmentée, IP65 ou IP66 | Machines à rotation, gerbeurs, toute rotation continue |
Le feston transporte le plus de câble pour le moins d'argent et c'est la solution par défaut pour un pont en Zone 1. La limite de 1 m/s paraît contraignante jusqu'à ce que l'on vérifie la vitesse de translation réelle, qui sur un pont de process de 20 tonnes est souvent de 20 à 40 m/min, soit 0,33 à 0,67 m/s. La limite mord sur les grues de préhension rapides et sur les longs chemins de roulement où l'on préfère ne pas traîner 40 m de câble.
L'enrouleur de câble est la réponse dans le hall de décapage, et pas seulement pour l'aspect explosion. Une construction en inox ou en acier galvanisé avec corps revêtu est la seule chose qui survive dix ans à une atmosphère acide. Mazzella cite explicitement les environnements corrosifs et acides comme une application de l'enrouleur, ce qui est l'inverse de ce que la plupart des gens supposent. Sur les lignes acides, nous avons remplacé plus de festons que d'enrouleurs.
Le collecteur à bagues est la quatrième option, celle que les acheteurs oublient. Si la machine tourne, l'énergie doit traverser un joint tournant, et sur une machine Ex ce joint est un composant certifié, pas un composant standard. Le fabricant italien TER publie un collecteur à bagues Ex, IP65 ou IP66, de moins 40 à plus 60 degrés, jusqu'à 150 A en petit châssis et 638 A en grand châssis, sous respectivement 1 000 V et 6 000 V, certifié selon la directive ATEX et selon EN 60079-0, EN 60079-1 et EN 60079-14, avec IECEx également. Trolex construit la même idée pour la Zone 1 sous forme d'unité antidéflagrante Groupe IIB, IP66, 400 A à 1 000 V CA, 40 tr/min, avec résistance anti-condensation autorégulante intégrée et au minimum deux balais par bague. Notez la répartition des balais : cuivre-graphite pour la puissance, argent-graphite pour les signaux.
C'est le malentendu le plus coûteux de tout le package, et ce n'est pas la faute de l'acheteur. La plupart des variateurs sont vendus comme des produits d'usage général, la plupart des moteurs Ex sont vendus comme des moteurs, et la combinaison est traitée comme un détail de câblage. Elle ne l'est pas.
Le guide d'ABB sur les moteurs et les variateurs en atmosphères explosives expose ce que chaque mode de protection exige avant qu'un variateur puisse être raccordé. Il vaut la peine de le lire dans leurs mots plutôt que dans les miens, mais la structure est la suivante :
| Type de protection | Ce qui doit être vrai avant qu'un variateur soit autorisé | Effet pratique sur la commande |
|---|---|---|
| Ex d, antidéflagrant | Moteur testé avec le variateur pour le service et avec le dispositif de protection, ou protection directe de la température par capteurs intégrés avec marge | Le modèle de variateur fait partie du certificat. Le changer tue le dossier |
| Ex ec, sécurité augmentée | Testé avec le variateur ou un variateur comparable, ou classe de température par calcul, ou contrôle direct par capteurs intégrés | Réalisable. Le calcul ou la voie des capteurs est normalement la solution la moins chère |
| Ex eb | Testé avec le variateur et le dispositif de protection spécifiques. Un essai combiné d'échauffement est obligatoire | Aucun raccourci. C'est un essai en usine, pas un calcul |
La voie du dispositif de protection est celle que la plupart des projets finissent par utiliser, et elle comporte un détail souvent oublié. Les variateurs peuvent embarquer une fonction de température moteur sûre intégrée, définie dans EN et IEC 61800-5-2, et cette fonction est certifiée comme dispositif de protection au titre d'ATEX. Mais le marquage de ce variateur ne concerne que la fonction de sécurité qu'il contient, pas le variateur testé avec votre moteur. Et comme ces variateurs n'ont normalement pas d'enveloppe Ex, ils ne peuvent être installés qu'en dehors de la zone explosive. Sur le certificat, cela apparaît comme une catégorie entre parenthèses, par exemple (2), qui se lit comme un appareil destiné à être monté hors de la zone.
La question à poser n'est donc pas « ce variateur est-il certifié ATEX ». La question est « de quoi le certificat est-il le certificat, et où se trouve physiquement le boîtier ». Les réponses diffèrent et elles changent la disposition de l'armoire.
La classe T n'est pas une propriété du moteur. C'est une propriété du moteur à un point de fonctionnement donné, et le point de fonctionnement qui compte est rarement celui de la plaque signalétique.
Un moteur standard fermé à ventilation par ventilateur porte un ventilateur monté sur l'arbre. À la vitesse nominale, le ventilateur brasse assez d'air pour maintenir la température du bobinage. À 10 pour cent de la vitesse nominale, il ne brasse presque rien, car le débit du ventilateur baisse à peu près avec la vitesse alors que les pertes internes du moteur restent proches de leur valeur maximale sous charge. Le bobinage chauffe plus à 5 Hz qu'à 50 Hz, à couple égal.
C'est toute la raison pour laquelle les normes font tant d'histoires de la combinaison variateur-moteur. Un moteur qui tient T4 à 1 500 tr/min ne tiendra pas forcément T4 à 75 tr/min avec la même charge, et aucun réglage de variateur ne change le débit d'air. Ce que le variateur peut faire, c'est mesurer et agir : lire la PTC ou la PT100 dans le bobinage, modéliser l'état thermique et couper avant que la surface ne dépasse la limite. Le guide d'ABB cite exactement cela comme alternative à une combinaison testée, et note que limiter la fréquence de découpage via les paramètres Ex déclassifie le courant disponible, ce qui doit entrer dans le calcul.
Trois voies pratiques, par ordre de coût :
La première est un ventilateur de refroidissement forcé séparé sur le moteur, verrouillé avec le variateur. Bon marché, peu élégant, efficace, et c'est la réponse standard sur les machines-outils. Elle supprime la variable.
La deuxième est un variateur doté d'une fonction thermique certifiée et une PT100 dans le bobinage, avec le seuil de déclenchement réglé sur la limite de classe plutôt que sur la classe d'isolation. C'est moins cher qu'un ventilateur sur une petite machine et cela exige de la rigueur à la mise en service, car les paramètres par défaut sont réglés pour un moteur standard.
La troisième est d'accepter une carcasse plus grande pour que le couple continu déclassé couvre encore le service. Sur un pont à grappin avec un facteur de marche de 40 pour cent, c'est souvent la réponse la plus propre, et c'est celle qui survit à un audit cinq ans plus tard.
Quelle que soit la voie retenue, le document de réception est un essai d'échauffement à la vitesse la plus basse que la grue utilisera réellement, à la charge la plus élevée qu'elle portera réellement, avec la température de surface mesurée et non supposée. Nous avons vu un pont à grappin T4 réussir cet essai à 50 Hz et échouer à 6 Hz, le même après-midi, sans rien changer d'autre que la consigne de vitesse.
Lentement, puis vous mesurez. Les rails ressemblent au chemin de terre le plus évident du bâtiment et c'est celui sur lequel on ne peut pas compter. Les roues ne sont pas un conducteur de liaison. Le contact roue-rail dépend de la charge, de la rouille, de la graisse et de la position de la grue au-dessus d'un joint. Au moment où vous avez le plus besoin de la liaison, la grue peut être à vide et la résistance de contact atteindre des dizaines d'ohms.
La liaison est donc un conducteur en cuivre, pas une surface d'appui. IEC TS 60079-32-1 donne un chiffre en section 13.2.2 : les éléments métalliques en bon contact avec la terre doivent présenter une résistance inférieure à 10 ohms, et si jusqu'à 1 mégohm reste acceptable pour dissiper l'électricité statique, des valeurs supérieures à 10 ohms sont un indicateur précoce de corrosion ou de connexion desserrée et doivent être examinées. NFPA 77 est cohérent, citant environ 10 ohms pour le cuivre et 25 ohms pour l'acier inoxydable en pratique.
| Point de liaison | Cible | Ce que nous voyons réellement sur site |
|---|---|---|
| Rail de feston vers terre du bâtiment | Moins de 10 ohms | Généralement correct. Les supports peints sont l'exception |
| Pont vers rail de chemin de roulement | Liaison cuivre continue | Absente sur environ une grue sur cinq. On supposait les roues suffisantes |
| Chariot vers pont | Liaison cuivre continue | Souvent passée par le chariot de feston au lieu d'une tresse dédiée |
| Châssis de palan vers chariot | Liaison cuivre continue | Oubliée quand le palan est fourni séparément et boulonné sur site |
| Grappin ou accessoire de levage | Lié, pas suspendu au câble | La liaison la plus souvent oubliée sur un pont à grappin |
Testez avec un véritable instrument basse résistance, pas un multimètre sur la plage ohms. Notez les valeurs, car la deuxième lecture un an plus tard est celle qui vous dit si un joint se corrode. Et testez aux joints, pas seulement de bout en bout : une bonne lecture de bout en bout peut cacher une tresse qui fait passer le courant par un roulement.
La poussière se dépose, isole et brûle. Le gaz se disperse et s'enflamme. Cette différence change le calcul de deux façons.
La première est l'enveloppe. La poussière doit être tenue hors du boîtier, ce qui est un problème d'IP, et l'exigence n'est pas uniforme. En Zone 21, les poussières conductrices comme non conductrices exigent IP6X. En Zone 22, vous pouvez utiliser IP5X pour une poussière non conductrice mais IP6X pour une poussière conductrice. Une usine de poudres métalliques et une minoterie peuvent toutes deux être en Zone 22 et ne peuvent pas utiliser la même enveloppe.
La seconde est la température de surface, et c'est là que la poussière est plus subtile que le gaz. Pour le gaz, on compare la surface à la température d'inflammation du gaz. Pour la poussière, il faut considérer séparément le nuage et la couche, car une couche de 5 mm isole la surface et la laisse monter plus haut que ne le ferait le même équipement tournant propre.
| Étape | Formule | Exemple chiffré |
|---|---|---|
| Limite nuage | Deux tiers de la température d'inflammation du nuage | Nuage s'enflammant à 450 C, la limite devient 300 C |
| Limite couche | Température d'inflammation de la couche moins 75 K | Couche s'enflammant à 300 C, la limite devient 225 C |
| Valeur directrice | La plus basse des deux | 225 C, l'équipement est donc marqué T3 ou mieux |
| Correction d'ambiance | Déclarée à 40 C sauf mention contraire sur la plaque | Un hall à 55 C exige une machine reclassée, pas une note sur le plan |
Notez ce que ce tableau implique pour une grue. Le moteur n'est pas la seule surface chaude. Le frein chauffe à chaque arrêt. La résistance aussi, s'il y en a une, et les chambres de coupure des contacteurs. Sur un pont à grappin adapté à la poussière, nous marquons le frein et la résistance séparément, car le certificat du moteur ne les couvre pas.
Et une couche de poussière sur une armoire est un problème thermique même quand ce n'est pas un problème d'inflammation. Une couche de 5 mm double à peu près la résistance thermique de la paroi de l'armoire. C'est pourquoi le déclassement sur un site poussiéreux est plus important que ce que la seule spécification poussière suggère.
Parce que l'acide n'attaque pas le métal en premier. Il attaque la surface de l'isolation, et assez lentement pour que personne ne s'en aperçoive avant que le relais de fuite à la terre ne déclenche sur une machine qui tourne depuis trois ans.
Le mécanisme est le cheminement en surface. Un film de chlorures sur un isolant est légèrement conducteur, et dans un hall humide avec condensation deux fois par jour, ce film devient un chemin de fuite à travers la surface. Une fois qu'une piste carbonisée se forme, elle ne se referme pas. Le cadre IEC 60664-1 nomme cela par le degré de pollution, et un hall de décapage est au mieux de degré de pollution 3, et 4 dans la zone d'éclaboussures. Pour référence, la norme impose des planchers minimaux de ligne de fuite de 0,2 mm en degré 2, 0,8 mm en degré 3 et 1,6 mm en degré 4, indépendamment de la tension, car un petit intervalle peut être ponté par une goutte ou une particule quelle que soit la tension.
| Élément | Construction standard | Ce dont une ligne acide a besoin |
|---|---|---|
| Armoire | IP54, acier peint | IP65 ou IP66, inox 304 ou 316, toit incliné, aucun ressaut horizontal |
| Condensation | Non traitée | Résistance anti-condensation avec son propre thermostat, plus purgeur |
| Gaine de câble | PVC | Polychloroprène ou équivalent. Le PVC devient cassant et fissure aux presse-étoupes |
| Presse-étoupes et fixations | Laiton nickelé | Inox 316, sinon le presse-étoupe se grippe en deux ans |
| Résistance d'isolement | Non mesurée après installation | Au moins 1 mégohm à 500 V DC, puis de nouveau à chaque arrêt annuel |
Le chiffre de 1 mégohm vient de IEC 60204-1 section 18.3, qui est la norme des équipements électriques de machines et non une norme de grues, et c'est la valeur utilisée par la plupart des fiches de mise en service. Sur une machine neuve dans un hall sec, nous voyons normalement des centaines de mégohms. Sur un pont de décapage de trois ans, nous avons mesuré moins de 2 mégohms avec tout encore en fonctionnement, ce qui est le point où la saison humide suivante devient un déclenchement.
L'autre point spécifique à l'acide est le matériau de l'enveloppe, pas son indice. Un IP66 en acier doux peint ne reste pas IP66 longtemps dans un brouillard d'acide chlorhydrique. Nous spécifions l'inox pour l'armoire et les boîtes à bornes, et nous assumons que l'inox est la raison pour laquelle le package électrique coûte plus cher que le mécanique sur ces machines.
Rien sur le plan électrique. Une grue de salle blanche est électriquement banale : 400 V, un variateur, un palan, une boîte à boutons. Ce que la salle lui reproche, c'est d'être une source mobile de particules, une source d'ESD et une source d'EMI, et aucune de ces trois choses n'apparaît dans une spécification de zone explosive.
Le problème des particules a une réponse précise qui surprend. Le choix d'électrification évident, une ligne de rail conducteur ouverte, est le pire, car un frotteur carbone glissant sur un rail en cuivre s'use et le produit d'usure est une poussière conductrice fine. Elle va directement dans la salle. VAHLE, qui construit de l'électrification pour salles blanches, commercialise ligne de rail conducteur, alimentation sans contact et systèmes à câble précisément sur les émissions de particules réduites, le risque d'ESD et l'EMI, ce qui indique que le choix n'est pas automatique et dépend de la classe.
Le moteur est la deuxième source. Un moteur standard aspire l'air de la salle à travers lui pour son refroidissement et le rejette, en emportant ce qu'il a capté à l'intérieur. Les grues de salle blanche utilisent une ventilation moteur filtrée HEPA pour que l'air non filtré de la salle ne traverse jamais le variateur, et des carters inox étanches autour des moteurs, des réducteurs et des chemins de câbles pour que le lubrifiant et les débris restent à l'intérieur de l'équipement.
| Source | Mécanisme | Solution |
|---|---|---|
| Usure des frotteurs | Le frotteur carbone sur rail cuivre génère une poussière fine | Système étanche, feston à câble ou transfert sans contact |
| Air de refroidissement moteur | L'air de la salle traverse le moteur et revient | Ventilation filtrée HEPA, ou évacuation de l'échappement hors de la salle |
| Usure des roues et des rails | Les roues en acier moulé libèrent des oxydes | Roues et rails en polymère non émissif |
| Lubrifiant | Brouillard d'huile des roulements et des freins | Roulements sans lubrification, freins secs |
| Joints de voie | Les jeux piègent et relâchent la poussière à chaque passage | Joints sans jeu, surfaces scellées et nettoyables |
L'ESD est l'autre moitié et elle est plus dangereuse que le comptage particulaire. Une grue est une grande masse métallique isolée qui se déplace au-dessus d'un produit sensible. Si elle n'est pas liée, elle se charge et se décharge dans ce qui est le plus proche. Les grues de salle blanche intègrent des fils de mise à la terre dans la structure exactement pour cette raison, et la même cible de 10 ohms que dans la section sur les zones explosives s'applique.
Une chose doit être claire : une grue de salle blanche n'est pas une grue Ex et une grue Ex n'est pas une grue de salle blanche. On nous a demandé les deux sur la même machine exactement deux fois, dans des usines pharmaceutiques manipulant solvant et poudre dans la même salle. C'est possible, et le package électrique devient le poste le plus important du devis.
Puissance et commande ne sont pas le même circuit et, sur une grue spéciale, elles partagent rarement un conducteur. Une ligne de rail conducteur peut porter la puissance et rien d'autre, limitation qui piège sur les systèmes modulaires. Sur une machine en zone explosive, la même séparation apparaît pour une autre raison : le signal doit franchir le même joint mobile que la puissance, et sur une machine tournante cela signifie un collecteur à bagues avec une pile de bagues séparée.
Les matériaux diffèrent, et c'est le détail utile. Sur un collecteur à bagues Ex, les bagues de puissance utilisent des balais cuivre-graphite et les bagues de signal des balais argent-graphite, avec des bagues en bronze phosphoreux et un placage métal précieux pour les signaux, et au moins deux balais par bague. Ce n'est pas décoratif : l'argent-graphite donne une résistance de contact plus faible et plus stable, ce dont a besoin un signal 24 V ou un bus, tandis que le cuivre-graphite encaisse le courant et l'arc d'un circuit moteur.
Quand un bus est en jeu, le même collecteur peut transporter PROFINET, PROFIBUS ou CAN, mais le câble et le blindage font partie du dossier de certification. Notre règle est simple : si la commande n'est pas du 24 V câblé en dur ou une boîte à boutons, le chemin de signal a son propre plan, sa propre distance de séparation par rapport au câble moteur et son propre essai à la mise en service. L'alternative est une machine qui fonctionne parfaitement aux essais et défaille par intermittence en production.
Plus que la plupart des gens ne l'imaginent, et le chiffre est fixé par le variateur plutôt que par le moteur. IEC 61800-5-1 impose une attention particulière dès que le courant de fuite dépasse 3,5 mA en alternatif ou 10 mA en continu, et à ce stade l'une des trois conditions doit être vraie : le conducteur de protection fait au moins 10 millimètres carrés de cuivre, ou il existe un second conducteur de protection en parallèle, ou le conducteur de terre est surveillé par un dispositif qui déclenche en cas de défaut.
L'ordre de grandeur est assez prévisible pour être estimé. Une règle empirique utilisée par les fabricants de variateurs est 20 mA par variateur plus 1 mA par mètre de câble moteur à 8 kHz de fréquence de découpage, et 2 mA par mètre à 16 kHz. Sur une grue spéciale, les longueurs de câble sont importantes parce que l'armoire est à une extrémité et le palan se déplace, si bien que le terme lié au câble grimpe vite.
| Cas | Estimation | Conséquence |
|---|---|---|
| Un variateur, 8 kHz, 40 m de câble | 20 + 40 = environ 60 mA | Au-dessus de la limite. PE de 10 mm carrés ou second conducteur |
| Trois variateurs, 8 kHz, 25 m chacun | 60 + 75 = environ 135 mA | Un DDR de 30 mA sur le départ ne tiendra pas, et ne doit pas être sollicité ainsi |
| Idem à 16 kHz | Environ 210 mA | Doubler la fréquence de découpage double le terme lié au câble |
Deux conséquences en découlent, et les deux font débat sur site. La première est le dispositif à courant différentiel résiduel. Seul un dispositif de type B est autorisé en amont d'un variateur, car la fuite comporte une composante continue qu'un dispositif de type A ou AC ne voit pas, et tout dispositif en amont du type B doit aussi être de type B. Remplacer un DDR de type AC 300 mA déjà en place par un type B n'est pas un échange de pièces, c'est une étude de protection.
La seconde est le conducteur de terre lui-même. Un conducteur de terre de 10 millimètres carrés dans un câble de feston est inhabituel, et c'est la raison pour laquelle certains fournisseurs montent discrètement du 6 millimètres carrés en espérant que ça passe. Sur une machine en zone explosive, ce n'est pas un raccourci, c'est une constatation d'audit.
Ce sont nos propres chiffres de planification issus de devis, pas une statistique publiée, et ils varient avec la zone, l'organisme de certification et le marché. Ce sont des pourcentages au-dessus de notre package électrique standard pour grue intérieure, à capacité et portée égales.
| Salle | Surcoût du package électrique | Où va l'argent |
|---|---|---|
| Poussière, Zone 22, catégorie 3 | Plus 45 à 80 pour cent | Enveloppes IP6X, moteur adapté à la poussière, classe T déclarée, frein |
| Poussière, Zone 21, catégorie 2 | Plus 70 à 130 pour cent | Enveloppes certifiées partout, presse-étoupes certifiés, dossier projet |
| Gaz, Zone 2, catégorie 3 | Plus 35 à 60 pour cent | Moteur Ex, feston ATEX, pas de ligne de rail conducteur |
| Gaz, Zone 1, catégorie 2 | Plus 90 à 160 pour cent | Combinaison variateur-moteur certifiée, protection thermique, collecteur Ex |
| Décapage, acide | Plus 30 à 55 pour cent | Inox partout, résistances, gaine renforcée, enrouleur au lieu du rail |
| Salle blanche, ISO 7 | Plus 60 à 110 pour cent | Variateurs étanches, air moteur HEPA, roues polymère, pas de rail ouvert |
| Salle blanche, ISO 5 | Plus 120 à 200 pour cent | Transfert sans contact quand la classe l'exige, tout inox, validation |
Le surcoût n'est pas la partie chère. La partie chère, c'est de découvrir la zone une fois la grue sur l'eau, parce que la reprise se fait aux tarifs de chantier avec la grue à l'arrêt. Nous avons chiffré une conversion en Zone 1 sur une machine livrée à environ le prix du package électrique lui-même, deux fois de suite.
Ces données viennent de nos propres dossiers d'intervention sur grues spéciales, pas d'une étude publiée, et elles se lisent comme une liste de choses faciles à oublier plutôt que comme un classement.
| Problème | Part | Prévention |
|---|---|---|
| Presse-étoupe non certifié Ex, gaine fissurée au presse-étoupe | 24 pour cent | Liste des presse-étoupes sur le plan, vérifiée contre la liste des câbles |
| Liaison de rail jamais mesurée, seulement installée | 18 pour cent | Relever les ohms à la mise en service, à chaque joint |
| Résistance anti-condensation en panne ou jamais câblée | 16 pour cent | Résistance sur circuit propre avec voyant visible |
| Paramètres du variateur laissés aux valeurs moteur standard | 14 pour cent | Modèle thermique réglé sur la limite de classe, et photographié à la remise |
| Gaine attaquée par le brouillard acide en point bas | 12 pour cent | Aucun point bas. Boucles de drainage et chemin de câbles inox |
| Comptage particulaire en échec à cause du dégazage du câble de feston | 9 pour cent | Gaine à faible dégazage spécifiée, pas supposée |
| Balais de collecteur non rodés avant mise en charge | 7 pour cent | Rodage à vide, puis contrôle de la résistance de contact par bague |
Un seul de ces sept points est une défaillance de composant. Six sont des défaillances d'installation ou de documentation, et chacune est invisible à la réception en usine et évidente au premier audit.
Dix éléments. Si l'un d'eux manque dans la demande, le devis portera une hypothèse, et cette hypothèse sera la moins chère.
| Élément | Ce dont nous avons besoin | Pourquoi cela change le prix |
|---|---|---|
| 1. Zone et catégorie | Numéro de zone et catégorie ATEX, par secteur du bâtiment | Fait varier le package de dizaines de pour cent |
| 2. Groupe gaz ou poussière | IIA, IIB ou IIC pour le gaz. Températures d'inflammation des poussières pour la poussière | Le matériel IIC n'est pas la même gamme de produits que le IIB |
| 3. Classe de température | Classe T ou limite de surface directrice pour la poussière | Décide la carcasse moteur et si un frein standard est autorisé |
| 4. Ambiance et couche | Ambiance de conception, et épaisseur attendue de la couche de poussière en mm | Un hall à 55 C ou une couche de 5 mm reclasse tout |
| 5. Variateur ou démarrage direct | Si une variation de vitesse est exigée, et si le moteur est déjà certifié avec un variateur | Une combinaison testée peut doubler le délai du moteur |
| 6. Vitesse de translation | Vitesse du pont et du chariot en m/min | Au-delà de 1 m/s, l'option feston ATEX disparaît |
| 7. Rotation | Si une partie de la machine tourne en continu | Ajoute un collecteur à bagues certifié, pas un standard |
| 8. Commande et bus | Boîte à boutons, radio ou automate avec bus de terrain | Une ligne de rail conducteur ne peut pas le porter. Cela change tout le schéma |
| 9. Terre et dispositif de DDR | Protection existante en amont, et cible de terre du site | Un dispositif de type B et un PE de 10 mm carrés peuvent être nécessaires |
| 10. Langue de la documentation | Quels certificats seront réellement demandés sur site | Le travail d'organisme notifié est une ligne de devis, pas une courtoisie |
Si vous pouvez répondre aux dix, le package électrique est un devis. Si vous pouvez en répondre à quatre, c'est une estimation avec quatre hypothèses dedans, et ces hypothèses seront toutes en notre faveur plutôt qu'en la vôtre.
Nous construisons ces machines pour les quatre salles, et le package électrique est conçu avec la salle plutôt qu'après elle. Si vous voulez faire revoir le côté alimentation avant de spécifier la grue, la gamme des grues spéciales détaille ce que nous construisons pour le grappin, le préfabriqué béton, le décapage, la salle blanche et le service Ex, et le côté palan se trouve sur la page palans et accessoires. Envoyez le plan des zones avec la demande et nous chiffrerons le package électrique en ligne séparée, ce qui est la seule façon de voir ce que la salle vous coûte.
Non. La ligne de rail conducteur est le seul composant qui ne peut pas être rendu acceptable par une enveloppe, parce que le contact glissant ouvert est la source d'inflammation et que les normes n'acceptent pas un capot comme protection de ce contact en atmosphère classée. Ajouter des boîtes Ex à une grue alimentée par rail laisse le rail lui-même comme non-conformité, et c'est la non-conformité qu'un inspecteur écrit en premier. Le rail doit sortir et être remplacé par un feston, un enrouleur ou un collecteur certifié.
Non. Le certificat du moteur couvre le moteur. Un variateur change le tableau thermique parce qu'il peut faire tourner le moteur en dessous de sa vitesse nominale, là où le ventilateur monté sur l'arbre ne brasse presque plus d'air. Pour Ex eb, la norme exige un essai combiné d'échauffement avec le variateur spécifique. Pour Ex d et Ex ec, il existe des alternatives, dont une fonction certifiée de protection thermique avec capteurs dans le bobinage, mais quelqu'un doit choisir la voie et la documenter. Un variateur standard avec ses paramètres par défaut sur un moteur Ex est une non-conformité qui n'attend que d'être écrite. La fiche de commande de la grue spéciale comporte une ligne prévue exactement pour cela.
IP65 est le minimum de travail et IP66 est ce que nous spécifions pour tout ce qui se trouve à portée d'éclaboussures du bain. L'indice est la partie facile. Les pièces qui lâchent sont la gaine, qui doit être en polychloroprène ou équivalent plutôt qu'en PVC, les presse-étoupes, qui doivent être en inox sinon ils se grippent, et la résistance anti-condensation, qui doit être sur son propre circuit et réellement câblée. Une boîte IP66 en inox avec un câble PVC et sans résistance se remplit de condensat dès la première saison froide.
À la mise en service, puis à chaque inspection annuelle, avec les valeurs notées. Le guide de la norme indique qu'un chemin métallique au-dessus de 10 ohms est un indicateur précoce de corrosion ou de connexion desserrée, si bien que la tendance importe plus que la valeur absolue. Nous recommandons de mesurer à chaque joint plutôt que de bout en bout, car une bonne lecture de bout en bout peut être portée par un roulement et masque la tresse déjà défaillante.
Physiquement oui, et en pratique nous essayons de l'éviter. Une grue qui passe d'une zone Zone 2 dans une zone non classée emporte sa certification Ex avec elle, ce qui est acceptable, mais l'inverse ne l'est pas : une grue standard ne peut pas entrer dans la zone. Quand une seule machine doit franchir une limite, toute la machine prend la classification la plus élevée et le package électrique est chiffré pour la salle la plus contraignante qu'elle traverse.
La catégorie 3 est protégée en fonctionnement normal, ce qui signifie qu'un défaut unique n'est pas pris en compte. La catégorie 2 est protégée avec un défaut supposé, ce qui signifie que la conception doit tolérer une défaillance unique et rester sûre. En pratique la différence se voit dans la protection redondante, des essais d'enveloppe différents et un dossier de certification plus long. C'est aussi la différence entre un devis Zone 2 et un devis Zone 1, et c'est généralement le plus grand saut sur la ligne électrique de tout devis de grue spéciale.
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