Demander un devis
Blog

Comment fonctionnent les MCC et quel est leur objectif ?

Bien qu'une installation de fabrication puisse disposer d'appareils de commutation de haute qualité, d'un système de distribution correctement agencé et d'un transformateur de taille appropriée, un équipement important pourrait toujours être hors service en raison de l'incapacité à trouver la source d'un défaut de surintensité survenu à cause d'un circuit de contrôle de moteur défectueux sur un moteur de pompage de 30 kW (par exemple). En tant que tel, les centres de contrôle de moteur (MCC) ont été conçus comme un moyen de regrouper plusieurs (dizaines/centaines) d'installations de moteurs dans une seule zone, avec des disjoncteurs individuels, une détection de surcharge et de défaut pour chaque moteur, tout en ne nécessitant qu'un seul bus pour se connecter au service électrique. Ce guide expliquera les fonctions des centres de contrôle de moteur, leurs capacités et les exigences contenues dans le Code Électrique National.

En résumé, le NEC définit un centre de contrôle de moteur (MCC) comme un regroupement de plusieurs sections fermées qui partagent un bus de puissance commun, ainsi que contenant diverses unités de contrôle de moteur. La fonction principale d'un MCC est de permettre le démarrage, l'arrêt, la protection et la surveillance de nombreux moteurs qui fonctionnent dans une zone commune. Un MCC sert également à fournir les avantages suivants : réduction du câblage sur le terrain ; dépannage simplifié ; sécurité accrue (unités extractibles) ; et capacité accrue à ajouter de la capacité moteur à l'usine (ajout de ‘ seaux ’), par opposition à l'achat de moteurs supplémentaires. En général, chaque unité de contrôle de moteur contiendra un disjoncteur/fusible, un contacteur et un relais de surcharge. À l'heure actuelle, les MCC intelligents possèdent des capacités de communication qui sont en réseau et fournissent donc une multitude d'informations au système de contrôle, tout en contrôlant le fonctionnement des moteurs.

Comment fonctionnent les MCC et quel est leur objectif

Ce qu'est un centre de contrôle de moteur

La définition selon l'Article 100 du Code Électrique National explique qu'un MCC est un ensemble de segments fermés avec un bus de puissance partagé et comprenant principalement des dispositifs de contrôle de moteur. La clarté de cette explication est évidente à trois endroits différents dans le texte. Le terme segments fermés montre que le modèle est interchangeable car les sections peuvent être assemblées ensemble ou étendues selon les besoins. Bus de puissance partagé indique la présence d'une ligne d'alimentation qui connecte toutes les sections ensemble plutôt qu'une ligne séparée pour chaque section. La troisième partie de la définition mentionne spécifiquement que les unités de contrôle de moteur montrent que le modèle est distinct du tableau de distribution et du tableau de commutation, qui ne sont utilisés que dans la distribution électrique.

Ce design a fait du MCC un dispositif hybride, car il possède à la fois des caractéristiques d'un système de distribution et d'un appareil. De ce fait, il a adopté les idées des tableaux de commutation en termes de spécification de construction et fournit également des exigences supplémentaires pour la construction des dispositifs destinés aux circuits de moteur, rendant ainsi nécessaire d'avoir l'Article 430, Partie VIII comme un document indépendant et non simplement comme une partie des articles relatifs aux tableaux de commutation.

À quoi sert un MCC : les objectifs qui justifient le coût

Un MCC est généralement plus coûteux que la valeur totale de ses démarreurs. Cette prime comporte six composants. Chacun d'eux est une raison d'ingénierie valable en soi.

  • Contrôle centralisé. Tous les moteurs dans une certaine zone peuvent être éteints et allumés à distance, ce qui facilite grandement la résolution de tout défaut. En cas de bande transporteuse hors ligne, l'opérateur sait exactement où trouver le démarreur : dans le compartiment étiqueté d'un MCC plutôt qu'au boîtier de jonction de la machine.
  • Coordination et sélectivité. Un réglage du dispositif de coupure, appliqué à l'ensemble du système de bus, permet la coordination entre tous les entraînements électriques pour l'élimination efficace des défauts électriques : lorsque un moteur est arrêté, tous les autres entraînements peuvent continuer à fonctionner.
  • Moins de câbles. Les fils de distribution et de contrôle sont fournis déjà câblés et testés ; tout ce qui est nécessaire sur site est d'installer un câble d'alimentation principal, des fils spéciaux pour chaque moteur et un câble de connexion de contrôle.
  • Maintenance sécurisée. Les unités remplaçables peuvent être réparées ou remplacées sans couper l'alimentation de tout le MCC ; cette fonctionnalité est la plus importante pour les usines de processus.
  • Scalabilité. D'autres moteurs peuvent être ajoutés en branchant de nouvelles cartes relais dans le MCC.
  • Limitation des défauts et protection du personnel. Avec la structure fermée, les séparateurs et les conceptions résistantes aux arcs en place, les conséquences de la panne peuvent être limitées à un compartiment plutôt que de s'étendre à toute la pièce.

La justification commerciale de tous ces avantages est rarement exprimée en termes d'économies de coûts mais plutôt comme un coût calculé des temps d'arrêt. L'atelier souffrant d'arrêts imprévus coûtant des dizaines de milliers par heure remboursera le coût d'un MCC intelligent simplement en passant moins de temps à effectuer des réparations.

Comment un MCC fonctionne : bus horizontal, bus vertical et compartiments

Comment un MCC fonctionne : bus horizontal, bus vertical et compartiments

En termes d'électricité, un MCC n'est pas complexe et en termes d'ingénierie, la conception technique le rend fonctionnel. L'énergie entre dans l'unité et est répartie entre deux niveaux de barres omnibus. Le bus horizontal représente la barre omnibus sous la forme d'une barre droite qui connecte l'alimentation électrique à toutes les sections verticales de l'unité. Au sein des sections, le bus vertical fournit de l'énergie aux contrôleurs de moteur qui sont placés dans cette section.

Les spécificités de construction sont basées sur les codes de construction et sont importantes à connaître car elles sont indiquées dans les dessins et les documents réglementaires.

  • Le renforcement du bus ne doit pas être confondu avec la classification du bus. La classification du bus signifie la capacité de courant du bus. Alors que le renforcement du bus signifie la force mécanique maximale que le bus peut supporter lors d'une situation de court-circuit et est exprimé en courant (par exemple, 65 kA ou 100 kA). Un bus qui a une classification suffisante et un renforcement insuffisant peut être détruit sous un courant de défaut.
  • L'agencement des phases est constant. Dans un système triphasé, les barres horizontales et verticales doivent être disposées selon la séquence A, B, C de la vue de face — cela signifie de l'avant vers l'arrière, du haut vers le bas, ou de gauche à droite. Pour un circuit delta triphasé à quatre fils, la phase avec la tension la plus élevée par rapport à la terre est appelée B.
  • L'espacement est défini par le code. Dans les installations jusqu'à 600 V, le tableau d'espacement exige un minimum de 25,4 mm entre la barre vivante et la terre, 25,4 mm entre les fils de phase opposés dans l'air et 50,8 mm à la surface.
  • L'espace de courbure des fils est obligatoire. L'espace de courbure minimum aux bornes et l'espace de gouttière est le même que pour les tableaux de distribution ; la raison de cette recommandation est que si le conducteur est courbé en dehors du rayon de courbure spécifié même une seule fois pendant l'installation, son isolation peut être endommagée de façon permanente.
  • Des barrières séparent les barres de service des autres dispositifs dans tout MCC d'entrée de service pour protéger le personnel travaillant dans des sections adjacentes des situations dangereuses.

Une unité qui occupe la place d'une section verticale dans le MCC est appelée bac et c'est là que le travail électrique a lieu. L'interface de l'unité avec la barre indique quel type de MCC est utilisé : soit une unité fixe, soit une unité amovible. Fixe signifie que l'unité est boulonnée en place et coupée de l'alimentation pendant les travaux de maintenance, tandis que l'unité amovible peut être retirée du compartiment sans désactiver la barre.

Ce qui se trouve à l'intérieur d'un bac : des démarreurs DOL aux VFD

Le démarreur de combinaison primaire se compose de trois composants : un dispositif de protection contre les courts-circuits (disjoncteur ou fusible), un contacteur pour contrôler le moteur, et un relais de surcharge pour protéger contre les surintensités continues. Tout le reste dans un démarreur de combinaison n'est qu'une version différente de ce thème.

Type d'unité Ce qu'il fait Où il est utilisé
Démarreur direct sur ligne (DOL) Démarrage à pleine tension ; disjoncteur, contacteur, surcharge Petits moteurs et charges qui tolèrent le démarrage à pleine tension
Démarreur inversant Deux contacteurs fournissant une rotation avant et arrière Convoyeurs, treuils, tout processus nécessitant un changement de direction
Démarreur étoile-delta Réduit le courant de démarrage en démarrant en étoile et en passant à delta Moteurs plus grands où la capacité d'alimentation limite le courant de démarrage
Démarreur progressif Rampe de tension à thyristor pour contrôler le couple et le courant de démarrage Pompes, ventilateurs et convoyeurs où le choc mécanique est important
Variateur de fréquence (VFD) Contrôle de vitesse continu et optimisation de l'énergie Contrôle de processus, CVC, tout ce qui a une demande de débit variable
Bac d'alimentation Protection et commutation uniquement, pas de contrôle de moteur Fourniture de panneaux, transformateurs ou équipements ailleurs
Unité intelligente Démarreur en réseau avec diagnostics et mesure intégrés Usines intégrant les données des moteurs dans un système de contrôle ou de maintenance

Cette couche contient deux fonctions de protection qui ne peuvent pas être trouvées au niveau de l'arrivée. La première fonction est la protection contre les surcharges qui est conçue approximativement selon les performances du moteur et le facteur de serviceabilité. Un moteur fonctionnant sous une surcharge sévère pendant une longue période peut tomber en panne avant qu'un dispositif de court-circuit ne fasse son travail. La deuxième fonction est la protection contre les défauts à la terre qui est responsable de la détection des courants circulant par un chemin inattendu. Dans une installation avec de nombreux moteurs sur un même bus, la conception de cette protection doit être sélective, et les principes qui la sous-tendent sont exposés dans les fondamentaux de la protection contre les défauts à la terre, qui s'applique de manière identique que le défaut soit détecté au niveau de l'arrivée ou à l'intérieur d'un seul seau.

Types, enclosures et le MCC intelligent

En plus d'être classés en fonction de leur caractère fixe ou extractible, les MCC sont classés sur la base de l'enclosure qu'ils utilisent et de la norme à laquelle ils se conforment. Bien que les classifications électriques soient des facteurs importants, les types d'enclosure NEMA utilisés jouent également un rôle important dans les opérations de l'usine qui peuvent impliquer un lavage, de la poussière et de l'humidité. Cela est dû au fait qu'un échec dans un assemblage mal fermé se produit en raison d'une défaillance de l'isolation résultant de la contamination plutôt qu'à cause d'un défaut électrique propre.

En termes de normes, l'Amérique du Nord a ses propres normes UL 845 et NEMA ICS 18. De plus, la performance des démarreurs est décrite dans la norme NEMA ICS 2. Les projets internationaux doivent se conformer aux types soumis aux tests IEC 61439-1 et IEC 61439-2 pour vérifier les élévations de température, les paramètres de résistance aux courts-circuits et les limites de dégagement ainsi que de contamination. Cela montre qu'un MCC conforme n'est pas une qualification générique puisqu'il doit répondre à une norme particulière ; par conséquent, si une offre ne précise pas quelle norme doit être respectée, elle ne peut pas être considérée comme légitime.

Les MCC intelligents représentent la réalisation la plus significative des dernières décennies. Le câblage de chaque contact auxiliaire vers le PLC dans le panneau de répartition a été remplacé par la pratique où chaque seau dispose d'un module de communication et devient une partie du réseau de l'usine. Tout d'abord, cela permet de réduire considérablement le câblage de contrôle ; deuxièmement, cela permet d'obtenir la consommation d'énergie pour chaque moteur et les données d'heures de fonctionnement sans appareils supplémentaires ; troisièmement, cela permet d'obtenir des données d'état pour la maintenance prédictive au lieu de la maintenance réactive. Cependant, cela entraîne également de nouveaux défis pour garantir qu'un MCC intelligent fonctionne comme partie du système réseau, tandis que la maintenance électrique inclut en même temps des responsabilités pour la cybersécurité, la gestion des adresses, les versions de pièces de rechange, etc.

Types, enclosures et le MCC intelligent

Équipements de service, mise à la terre et exigences du code

Selon l'Article 430 Partie VIII, plusieurs conditions doivent être remplies dès la première réunion de conception. Dans le cas où le MCC agit comme équipement de service, il doit avoir un dispositif de déconnexion principal pour tous les conducteurs de service non mis à la terre. Il doit également y avoir un dispositif de liaison principal correctement dimensionné conformément aux règles de liaison en cas de présence d'un conducteur mis à la terre, de plus, des barrières établissant une isolation entre les barres omnibus de service et d'autres parties du MCC doivent être fournies.

La mise à la terre est généralement considérée comme une question de dernier recours et elle s'avère être la plus dangereuse lorsque des erreurs sont commises à cet égard. Tous les composants du MCC doivent être liés en un tout avec soit un conducteur de liaison soit une barre qui relèvent du tableau des conducteurs de liaison de l'équipement donné. Il est également nécessaire de s'assurer que tous les câbles de mise à la terre répondent aux exigences énoncées pour cette barre et le point correspondant. Dans une situation où les sections ne sont pas correctement liées, une situation se produit où les cadres adjacents du MCC deviennent influencés les uns par les autres ayant une certaine différence de tension. Les principes sont les mêmes que ceux qui régissent chaque système mis à la terre, et ils valent la peine d'être examinés à l'étape de conception plutôt qu'à l'inspection : l'agencement de la mise à la terre du transformateur et du système détermine à quoi se réfère réellement la barre de mise à la terre du MCC, et un schéma de mise à la terre adéquat en amont peut encore laisser un cadre de moteur à un potentiel inattendu si la liaison interne est incomplète.

Il y a deux exigences supplémentaires pour la plaque signalétique et les dessins. Tout d'abord, il y a une exigence pour que la capacité de courant de la barre d'alimentation et la capacité de court-circuit du MCC soient clairement marquées après l'installation du système. Il y a une exigence selon laquelle le courant de défaut du MCC doit être documenté et disponible pour quiconque est autorisé à inspecter, installer et entretenir l'élément, ainsi que la date à laquelle le court-circuit a été calculé.

Ce qui alimente un MCC : équipements en amont et vérifications des capacités

Il n'est pas possible de définir un MCC séparément, car sa classification n'a pas de signification à moins d'être évaluée en conjonction avec des paramètres en amont. En règle générale, la source d'alimentation pourrait être un transformateur de distribution, un tableau principal ou un aliment provenant d'une sous-station à haute tension. Trois valeurs doivent être acquises avant de déterminer une classification, qui inclut la tension d'alimentation et la configuration, la consommation de courant par l'utilisateur, et le courant de court-circuit potentiel au site de connexion.

Cependant, c'est la dernière valeur qui pose problème pour les projets. Un MCC construit sur le site existant où le transformateur a déjà été changé peut traiter un niveau de défaut beaucoup plus élevé que celui conçu ; l'exemple le plus courant est une rénovation de service public qui apporte plus de puissance de défaut sans modifications majeures du processus de production. C'est la raison pour laquelle la fourniture de documentation sur le courant de défaut est requise, et pourquoi chaque opération de réparation significative devrait contenir une vérification de la classification. Comprendre ce que l'alimentation transformateur de distribution contribue — son impédance, sa configuration et sa capacité nominale — est le point de départ pour ce calcul, car l'impédance du transformateur est généralement le terme dominant dans le courant de défaut disponible aux bornes du MCC.

Protection, mesure et le rôle des transformateurs de courant

Tout l'équipement MCC et de nombreux grands démarreurs de moteur dépendent des transformateurs de courant pour la détection du courant électrique réel circulant. Le transformateur de courant réduit le courant primaire élevé à un certain niveau de son courant secondaire standard, normalement 5 A ou 1 A, qui peut être géré par des relais de protection et des compteurs. Il y a trois endroits dans un MCC où les TC sont appliqués : sur le bus d'entrée pour la protection contre les surintensités et les défauts à la terre ; sur les démarreurs de gros moteurs pour la protection différentielle ou thermique ; et dans les panneaux de mesure où les informations sur l'énergie consommée et la demande d'énergie sont collectées.

Deux aspects de la conception affectent le fonctionnement de l'instrumentation. Le premier aspect est que le rapport doit être choisi de manière appropriée – le TC doit être supérieur au courant primaire maximum, tandis que le courant secondaire doit être maintenu à un niveau suffisant à charge normale pour des lectures fiables. C'est pourquoi les gros moteurs ont généralement un TC destiné à la protection plutôt qu'aux mesures. Le deuxième aspect est le total de la charge secondaire – c'est la résistance totale de tous les relais, compteurs et câbles connectés au TC. Sélectionner un appareil pour cette fonction est une question de classe de précision documentée, de charge et de classification thermique à court terme plutôt que de taille physique, et un représentant gamme de transformateurs de courant montre comment ces paramètres sont publiés pour une unité spécifique. Les transformateurs de courant introduisent également une règle que aucun technicien de maintenance ne devrait jamais oublier : le circuit secondaire ne doit jamais être ouvert sous charge, car sans charge, le TC développe une tension dangereuse à ses propres bornes.

Problèmes courants et pratiques de maintenance

Problèmes courants et pratiques de maintenance

Les pannes de MCC sont rarement exotiques. Elles se regroupent en quelques causes récurrentes, et la plupart d'entre elles sont visibles sur un calendrier.

Problème Cause profonde Atténuation
Surchauffe aux connexions de bus Joints boulonnés desserrés, cycles thermiques, contamination Vérifications de couple sur un calendrier ; thermographie infrarouge sous charge
Panne de contacteur ou de démarreur Usure des contacts due à une fréquence de fonctionnement élevée Compteurs de fonctionnement sur unités intelligentes ; remplacement planifié des contacts
Déclenchement intempestif Réglages de surcharge incorrects pour le moteur réel ; harmoniques provenant des VFD Vérifier les réglages par rapport au courant nominal à pleine charge et au facteur de service
Rupture d'isolation Poussière, humidité, infiltration d'eau, débris lâches Classe d'enveloppe correcte, joints entretenus, programmes de nettoyage
Modifications non documentées Changements sur le terrain sans mises à jour des plans Révision contrôlée des plans ; vérifier par rapport à l'existant à chaque audit
Arc électrique et exposition du personnel Travail sur des équipements sous tension sans évaluation ni EPI Étude d'énergie d'incident publiée, limites, EPI et procédure

En fait, la routine de maintenance qui permet d'atteindre la plupart de ces objectifs est l'une des formes de maintenance les plus simples, qui inclut des activités telles que le couple et la thermographie sur le bus, l'inspection des contacts et le comptage des cycles pour les démarreurs, la surveillance environnementale de l'enveloppe et la vérification que les plans correspondent à l'installation. Dans une usine où le MCC est le point unique par lequel la plupart du processus est alimenté, ce programme doit figurer sur le même calendrier que la maintenance des transformateurs et des équipements de commutation plutôt que dans un silo séparé — un programme complet liste de contrôle de maintenance des transformateurs et un calendrier d'inspection de MCC partagent la même logique d'interventions programmées pour détecter la dégradation lente avant qu'elle ne devienne une panne forcée.

MCC comparé aux équipements de commutation, tableaux de distribution et VFD

Les réunions ont tendance à confondre quatre terminologies qui signifient des choses différentes, ce qui entraîne un fort potentiel de problèmes de spécification.

  • Tableau de distribution. Il distribue l'énergie à une combinaison de circuits avec une protection contre les surintensités adéquate. Aucun démarrage de moteur, aucune protection contre les surcharges n'est présente ici.
  • Tableau de commutation ou équipement de commutation. Cet assemblage est destiné à la distribution d'énergie et à la protection à une plus grande échelle et aide à la distribution et à la protection de l'énergie.
  • MCC. Cet équipement est construit autour de systèmes de contrôle de moteur. Ils fournissent protection, commutation et protection contre les surcharges dans un bus sur des sections modulaires de l'assemblage.
  • VFD. Il s'agit simplement d'une unité contrôlant une fonction de moteur, qui peut être située soit dans un MCC, soit séparément. Le principe de fonctionnement du VFD n'est pas identique à celui du MCC.

FAQ

Quel est le principal objectif d'un MCC ?

L'objectif est de pouvoir gérer, protéger et surveiller plusieurs moteurs depuis un seul endroit central. En pratique, cela signifie connecter tous les démarreurs et alimentations d'un secteur de fabrication sur un bus de puissance commun dans des constructions modulaires. Les systèmes sont construits de manière à ce que les moteurs puissent être démarrés, arrêtés et protégés contre la surchauffe et les courts-circuits beaucoup plus facilement que s'ils étaient câblés séparément sur le site. Le deuxième objectif – évolutivité : au lieu de reconstruire l'ensemble du système, la capacité nécessaire peut être obtenue en ajoutant de nouveaux segments ou en attachant des sections.

Comment fonctionne un MCC ?

L'électricité est fournie via un dispositif principal (comme un disjoncteur, un bornier ou un interrupteur à fusible) à partir duquel elle est distribuée via un bus de puissance commun qui s'étend sur l'assemblage. Dans chaque section, des barres verticales prennent de ce bus commun et alimentent chaque unité de contrôle de moteur empilée séparément en électricité. Chaque unité (appelée seau) est équipée de dispositifs de protection de circuit, d'un contacteur ou d'un variateur ainsi que d'un panneau pour la protection contre les surcharges. Le câblage de contrôle permet de connecter les unités soit à des boutons-poussoirs, soit à un réseau d'usine (dans le cas d'un MCC intelligent).

Quels sont les problèmes courants avec les panneaux MCC ?

Les problèmes répétitifs sont ceux dus à des bus mal connectés qui provoquent des points chauds, l'usure des contacteurs dans les interrupteurs actionnés fréquemment, des réglages incorrects des surcharges qui provoquent des déclenchements indésirables, la détérioration de l'isolation par la saleté et l'humidité, les harmoniques des moteurs connectés au VFD affectant d'autres charges, et les modifications non documentées effectuées par des techniciens qui rendent les schémas d'équipement inutilisables. La plupart des problèmes sont identifiés par le biais de tests programmés de couple, d'inspections thermographiques, de comptage des contacteurs utilisés et de vérifications environnementales au lieu d'attendre qu'une panne se produise.

Quelle est la différence entre un VFD et un MCC ?

Ils fonctionnent à des niveaux différents. Un MCC agit comme un ensemble d'équipements qui fournit de l'énergie et offre une certaine protection et capacité de démarrage pour les entraînements de moteur. Pendant ce temps, un VFD fait référence à un appareil unique qui modifie la vitesse d'un moteur en faisant varier la fréquence et la tension. Étant donné que les variateurs sont généralement montés dans des seaux MCC, les gens ont tendance à confondre les deux concepts ; cependant, le MCC est l'enceinte, le bus et le dispositif de protection pour l'ensemble des entraînements, tandis que le VFD est responsable du contrôle d'un moteur. Si l'on remplace complètement le MCC par des VFD, il n'y aura pas de protection adéquate des entraînements électriques ensemble.

Références

Conclusion

Un centre de contrôle de moteurs (MCC) est l'endroit où la distribution commune de l'énergie électrique pour le système électrique se termine. Le bus est l'équipement utilisé pour la distribution, tandis que les seaux sont utilisés pour protéger, commuter et surveiller la distribution d'énergie. Les grandes enceintes métalliques et les protections ont été conçues spécifiquement pour protéger l'équipement de l'exposition, tandis que les réseaux d'usine modernes permettent à l'ensemble du MCC de servir d'opérateur de collecte d'énergie. Chaque fabricant aura développé un code qui inclut des exigences pour le renforcement du bus, l'ordre de phase, l'espace de courbure et de dégagement, le raccordement aux intersections, le marquage de la plaque signalétique et la documentation des courants de défaut. La plupart des fabricants ont trois décisions de base à prendre pour tous les MCC. Tout d'abord, les fabricants devraient rendre le composant MCC amovible disponible si les coûts d'arrêt sont trop élevés ; deuxièmement, les fabricants devraient vérifier que la capacité de courant de défaut pour chaque MCC est égale ou supérieure aux courants de défaut aux bornes ; et enfin, les fabricants devraient fournir une surveillance continue de la documentation technique pendant que leur client construit une installation.