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25 avril 2012 | La Revue POLYTECHNIQUE 04/2012 | Électrotechnique

Une redondance bien conçue: accroître la sécurité et la disponibilité des installations

Michael Raspotnig

Les alimentations en courant redondantes sont devenues la norme dans les télécommunications, l’industrie manufacturière et les centrales électriques. Elles se généralisent pour la gestion du trafic, la surveillance des tunnels ou le contrôle d’accès. PULS présente plusieurs systèmes redondants pour ces applications.
Une panne du réseau d’alimentation DC-24 V représente souvent un important risque de sécurité ou provoque des pertes économiques lourdes de conséquences. L’alimentation fiable et constante de tous les consommateurs 24 V devient toujours plus importante, surtout parce que les systèmes deviennent plus intelligents et les processus élaborés et efficaces. C’est vrai non seulement pour les installations industrielles, mais dans de nombreux autres domaines. Les alimentations en courant redondantes sont devenues la norme dans les télécommunications, l’industrie manufacturière et les centrales électriques. Elles se généralisent pour la gestion du trafic, la surveillance des tunnels ou le contrôle d’accès. PULS a développé plusieurs systèmes redondants pour ces applications. Jumelés à des alimentations 24 V courantes, ils permettent d’assembler facilement des systèmes modulaires redondants et performants, à coût réduit. Pour les applications de grande puissance, des modules redondants à mosfet à pertes particulièrement faibles sont nouvellement disponibles. Il est ainsi possible pour la première fois d’utiliser un système redondant 40 A avec un seul module redondant au lieu de deux comme jusqu’à présent.
 
 
Des systèmes redondants
Redondant signifie «surabondance pour la sécurité». Dans les centrales nucléaires, les systèmes de commande les plus importants disposent chacun d’un système de réserve, et dans les avions il y en a même deux, alors qu’un seul suffirait pour la sécurité. Les défauts de tels systèmes ont des conséquences fatales. Là, les redondances engendrent de la sécurité. Dans les commandes industrielles, même si les défaillances sont moins graves que pour les avions ou les centrales nucléaires, les systèmes redondants accroissent la disponibilité des installations et préviennent les pertes économiques. La redondance ne se limite pas aux commandes, car l’alimentation électrique doit être elle aussi structurée de manière totalement redondante.
La redondance la plus simple consiste à connecter en parallèle deux blocs secteur dont chacun est en mesure, à lui seul, d’alimenter le consommateur de façon sûre dans tous ses modes de fonctionnement. Cette structure s’appelle redondance 1+1. Pour les puissances élevées, on trouve également des systèmes redondants n+1. Supposons, par exemple, que 30 A sont nécessaires; 4 blocs de 10 A chacun fonctionnent en redondance. Si un bloc tombe en panne, les 3 blocs restants peuvent encore alimenter l’installation (cf. fig. 1).
 

Figure 1. Systèmes redondants 1+1 et n+1.

 
En principe, les systèmes d’alimentation redondants sont formés de blocs secteur individuels montés en parallèle.
Dans ce cas, il est important que les blocs secteur soient découplés les uns par rapport aux autres et que chaque bloc dispose d’un circuit de traitement indépendant (par exemple un signal DC-OK). En cas de redondance, il n’est pas nécessaire que le courant se répartisse symétriquement entre les différents blocs secteur. Ce serait un effort inutile, pour autant qu’aucun bloc ne soit surchargé en permanence.
 
Une gamme de produits comportant divers modules de découplage
La gamme de produits PULS comporte divers modules de découplage. Il est ainsi possible de réaliser des systèmes redondants pour un éventail continu de puissances, de faible à très grande. Pour les applications de grande puissance, il faut s’assurer que les pertes de découplage soient les plus faibles possibles. Quand on pense qu’une diode épitaxiale ou Schottky présente une chute de tension de 500 à 800 mV (cf fig. 2), les pertes dépendant du courant peuvent croître fortement et provoquer des problèmes d’échauffement. Dans un tel cas, les deux nouveaux modules redondants à mosfet YR40.241 (40 A) et YR80.241 (80 A) y portent remède. Ces modules permettent de réduire considérablement les pertes. La figure 2 illustre la réduction spectaculaire des pertes due à l’emploi d’un découplage à mosfet en lieu et place de diodes traditionnelles.
 


Figure 2. Chute de tension comparée diode/mosfet.
 
Conseils pour un fonctionnement redondant sûr:
  1. Utiliser des fusibles d’entrée séparés. Ou mieux encore: utiliser des systèmes d’alimentation séparés ou des phases différentes.
  2. Les appareils triphasés offrent une sécurité supplémentaire lors d’une panne de phase.
  3. Utiliser des modules redondants à mosfet ou des diodes de découplage. Ainsi, un appareil défectueux ne se transforme pas en charge pour tous les autres appareils.
  4. Toutes les alimentations ou les deux entrées des modules redondants doivent être surveillées individuellement et les défauts annoncés automatiquement (exploiter les signaux DC-OK).
  5. Ajuster les tensions de sortie à des valeurs les plus identiques possibles ou régler l’appareil pour le fonctionnement en parallèle, si cette option existe.
  6. Pour la protection des lignes, veiller à ce que la section des lignes supporte la somme des courants des deux alimentations redondantes en cas de court-circuit.