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Les arcs électriques constituent un excellent exemple de danger rare, mais potentiellement fatal, qui peut être atténué avec la bonne technologie. Les éléments chauffants électriques devenant de plus en plus populaires pour les applications lourdes qui utilisaient traditionnellement le gaz, il est important de se pencher sur les mesures de protection possibles. Dans cet article, Dennis Long, concepteur de systèmes en chef pour la division de technologies environnementales et énergétiques de Watlow, une entreprise spécialisée dans la fabrication d’éléments chauffants industriels, nous explique pourquoi ces arcs se produisent et les mesures intégrées dans les appareils pour en atténuer les risques.

Nombre d’entreprises ont remplacé leurs éléments chauffants au gaz par des éléments électriques pour atteindre leurs objectifs de décarbonation, d’automatisation et de sécurité. Les éléments chauffants de tension intermédiaire sont relativement nouveaux pour la plupart des applications, ce qui en fait une nouvelle source potentielle de risques que les fabricants doivent prendre en compte.

Risques potentiels

Un arc électrique désigne l’explosion qui accompagne un court-circuit dans le système et peut être dû à de la corrosion ou de la poussière conductrice, par exemple. Si la tension est suffisamment forte, et en présence d’un chemin vers la terre ou d’une tension plus faible, la résistance de l’air s’évapore et un arc se forme.

Les arcs électriques peuvent provoquer des dégâts considérables. Plus l’énergie libérée est importante, plus le risque d’incendie ou de blessure augmente. Si l’énergie libérée est suffisamment importante, le métal fondu des conducteurs et le plasma sous haute pression peuvent sortir du confinement de l’armoire électrique et poser un risque direct aux personnes à proximité.

L’énergie potentielle de l’arc électrique est déterminée par plusieurs facteurs, tels que la tension de l’équipement, le courant disponible et la durée de l’événement. S’il peut paraître nécessaire de limiter la tension ou le courant pour réduire les risques de formation d’arc, le coût global du projet peut rendre cela difficile en pratique. Si ce type d’incident reste rare, le risque de dommages, de blessures, voire de décès en font néanmoins une préoccupation majeure. Selon certaines estimations, il peut se produire entre cinq et dix arcs électriques par jour dans le monde.

Atténuation des effets

Il existe trois grandes stratégies pour atténuer les effets des arcs électriques, ce qui inclut l’augmentation de la distance par rapport à la source potentielle de danger, la réduction du courant de fuite disponible et la réduction de la durée de l’événement. Toutes ces stratégies peuvent être combinées pour assurer une sécurité maximale, mais cela est généralement impossible à réaliser en raison des coûts encourus. Toutefois, la durée de l’événement est le facteur le plus viable pour réduire les dommages et a le plus d’impact sur la quantité totale d’énergie libérée.

Deux approches clés sont à comparer : les armoires résistantes aux arcs et les technologies d’atténuation des arcs. Les armoires résistantes aux arcs réduisent l’exposition à ces phénomènes en les confinant dans un cadre métallique avec un système de ventilation. Le gaz chauffé et la pression sont guidés dans un conduit, ce qui réduit l’énergie potentiellement explosive. L’inconvénient est que l’armoire doit rester fermée pour offrir une protection efficace, alors que de nombreux arcs se forment au cours des opérations de maintenance, quand les portes sont grandes ouvertes.

Technologies d’atténuation

Au lieu de diriger l’énergie à l’écart de l’événement, ces technologies la réduisent en limitant sa durée. Pour cela, l’arc doit être détecté en amont pour faire disjoncter le circuit concerné. Cela peut se faire au moyen d’un courant de détection, appelé atténuation de la surintensité d’arc, ou de la détection de lumière, appelée atténuation d’arc par système optique.

Avec la solution optique, la lumière émise par l’arc dans l’armoire augmente rapidement, ce qui peut être détecté par un capteur photoélectrique, y compris au début de l’événement. Une fois cet événement détecté, le signal est transmis à un relais de protection qui fait disjoncter le circuit automatiquement, sans intervention humaine.

L’un des principaux avantages de cette approche est qu’elle est indépendante de la magnitude réelle du courant de fuite à l’origine de l’arc. Cela permet au système de détecter l’arc très tôt et de couper le circuit plus rapidement, ce qui limite la durée de l’événement et l’énergie totale produite.

L’atténuation du courant d’arc, quant à elle, utilise des transducteurs pour identifier le courant généré par l’arc. Si les transducteurs ne sont pas dimensionnés correctement, ils risquent de ne pas arrêter le système et de ne pas contrer l’événement.

Les technologies d’atténuation de l’arc réduisent également les dommages matériels, car elles continuent de fonctionner quand les portes sont ouvertes et la maintenance en cours. Par exemple, dans le système thermique POWERSAFE™ de Watlow, les capteurs peuvent être montés dans le régulateur thermique, à contact ou nœud SCR unique, qui est protégé par la ligne d’alimentation. Lorsque le capteur détecte un arc dans l’un des compartiments, la ligne d’alimentation se coupe pour limiter les dommages potentiels.

Alors que les éléments chauffants à moyenne tension deviennent plus populaires, il est important d’y intégrer des mesures de sécurité. Les technologies d’atténuation d’arc constituent la meilleure approche ici, car elles réduisent la durée de l’arc et l’énergie ainsi libérée, afin d’atténuer le danger pour les opérateurs et les dégâts matériels.

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