Comment le test continu de résistance d'isolation améliore la fiabilité et la productivité des moteurs

Depuis des décennies, le personnel d'usine effectue des tests de résistance d'isolation avec des mégohmmètres portatifs pour prévenir les pannes moteurs entraînant arrêts non planifiés coûteux, pénalités de non-production et réparations de rebobinage. Cependant, ces tests ne donnent qu'un « instantané » de la santé du moteur. En quelques jours, enroulements et câbles exposés à l'humidité, produits chimiques, contaminants ou vibrations peuvent se dégrader et lâcher au démarrage.

Les mégohmmètres portatifs exigent aussi que les techniciens électricité débranchent manuellement les câbles d'équipement et connectent les pointes de test sur du matériel potentiellement sous tension ou endommagé. Ces tests exposent les techniciens aux arcs électriques potentiels lors de l'accès à l'armoire. Aux États-Unis, les incidents d'arc électrique non mortels surviennent environ 5 à 10 fois par jour, avec un taux de mortalité d'environ un par jour.

Face à ces enjeux, les directeurs d'usine reconnaissent la valeur de la surveillance continue en mégaohms de la résistance d'isolation, qui démarre dès l'arrêt du moteur jusqu'à son redémarrage.

Armés de cette info temps-réel, les équipes maintenance peuvent agir correctivement en amont pour éviter une panne interrompant la production. Économie : centaines de milliers de dollars en frais de rebobinage coûteux, pénalités de non-production et temps de production perdu.

De plus, les dispositifs de test automatique installés en permanence permettent une surveillance « sans contact » sans ouvrir les armoires — gardant les techniciens hors de danger.

Protection moteurs chez les utilities

Quel que soit le secteur, les usines de fabrication et de traitement dépendent fortement des moteurs, nombre et type variant selon taille d'usine et combustible. Certaines ont 20-30 moteurs critiques, 5-10 en moyenne.

Moteurs critiques = ceux dont l'arrêt imprévu nuirait significativement à la capacité de respecter objectifs business en sécurité ou affecterait la production. Exemples : moteurs 480-13 800 V pour compresseurs, pompes, ventilateurs.

La plupart des utilities maintiennent ces moteurs via programmes de maintenance préventive (MP) basés sur le temps. Tests de résistance d'isolation généralement semestriels. Avec la réduction des effectifs, peut-être même moins fréquents. Sur base de ces tests, moteurs programmés pour réparation externe.

Tests aussi menés au début des révisions annuelles ou arrêts planifiés pour identifier moteurs nécessitant réparation. Malgré les programmes MP, moteurs à l'arrêt ou cyclés fréquemment peuvent se dégrader vite. « On a eu notre lot de pannes moteurs, et c'est devenu très coûteux », dit Richard Hohlman, retraité après 37 ans en centrales électriques.

« Parfois les pannes sont vraiment chères. Dans cette centrale, on avait deux moteurs asynchrones AC deux vitesses Westinghouse PAM et le rebobinage de l'un aurait coûté six chiffres. »

Du point de vue E&M (Exploitation & Maintenance) : « Si on peut identifier un moteur faible et éviter le risque de tenter de le démarrer et qu'il lâche, c'est une grosse économie. »

Pour éviter pannes, Hohlman exigeait que tous moteurs critiques d'une centrale 1 500 MW Long Island Sound arrêtés 24h+ soient testés manuellement au mégohmmètre avant redémarrage. « Ça devenait un coût en soi, tests souvent à heures décalées, taux heures sup. Mais on a évité plusieurs pannes. »

Un membre de son équipe a découvert Meg-Alert, dispositif de test et surveillance continue fabriqué par Meg-Alert (Minocqua, Wisconsin). Installation initiale sur 4 pompes de circulation et plusieurs ventilateurs d'extraction induite. Puis ajout sur plusieurs ventilateurs d'extraction forcée et autres moteurs critiques.

L'unité Meg-Alert s'installe définitivement dans le compartiment haute tension du MCC ou poste de coupure et se connecte directement aux enroulements moteur/générateur. Elle détecte la mise hors tension et effectue un test diélectrique continu sur l'isolation des enroulements jusqu'au redémarrage.

Fonctionnement : application tension DC non destructive, courant limité, aux enroulements de phase, puis mesure sûre de tout courant de fuite à travers l'isolation vers la terre. Tensions DC 500, 1 000, 2 500 ou 5 000 V selon normes IEEE, ABS, ANSI/NETA et ASTM International pour tension de test appropriée selon tension de service. Test sans détérioration de l'isolation, avec technologie limiteur de courant protégeant le personnel.

« Avec la surveillance continue, l'équipe E&M connaît en permanence l'aptitude du moteur au service. Chaque fois que le moteur s'arrête — secondes, jour, ou 10 jours d'arrêt — il est testé. Si niveau de sécurité franchi, alarme immédiate et peut verrouiller le démarrage. »

Contraste saisissant avec l'instantané du mégohmmètre au début de l'arrêt. Le moteur peut vite absorber beaucoup d'humidité par humidité et contamination.

« Un moteur électrique peut absorber assez d'humidité en quelques heures dans le sud du pays pour causer des dégâts au démarrage. Beaucoup de jours pluvieux à forte humidité ici dans le Sud, et humidité + électricité ne font pas bon ménage. » — Ricky Loupe, responsable électricité/instrumentation dans grande usine produisant PVC poudre et chlorure de vinyle.

« Moteur plein d'humidité au démarrage = enroulements à la terre = moteur endommagé = coût de réparation significatif. »

Ingénieur à l'époque, il a mené une analyse causes racines et prévention. Après découverte du Meg-Alert, achat d'un unité test. Installé sur moteur 4 160 V, 1 200 ch, boîtier WP, entraînant compresseur sur groupe froid.

Selon besoins production, certains groupes froids arrêtés et utilisés seulement si besoin. Moteurs pouvaient rester inactifs. Avant redémarrage, test obligatoire au mégohmmètre portatif. « Souvent après heures, pour démarrer au plus vite. Techniciens le week-end — souvent heures sup — juste pour tester. »

Avec Meg-Alert, info dispo temps-réel. Convaincu quand le dispositif, connecté au démarreur, a refusé le démarrage cause résistance mégaohm trop basse après jour pluvieux. « Le Meg-Alert n'a pas laissé le moteur démarrer : trop d'humidité. Ça, là, a payé l'unité de surveillance continue dix fois. »

Aujourd'hui : Meg-Alert sur les 10 moteurs groupes froids + 4 pompes tour de refroidissement 900 ch dans autre zone.

Surveillance « sans contact »

Le système continu permet approche « sans contact » : pas besoin d'accéder aux armoires pour test manuel. Un compteur analogique à l'extérieur de la porte d'armoire affiche les lectures de résistance d'isolation en mégaohms en temps réel. Code couleur simple « vert, jaune, rouge » pour bon/moyen/mauvais.

Quand seuils prédéfinis atteints, voyants signalent alarme et notifications automatiques envoyées au réseau de surveillance. La surveillance continue montre aussi si les résistances chauffantes (maintien température ou prévention condensation) fonctionnent bien.

La plupart des moteurs ont des résistances pour maintenir température interne stable (pas de variation drastique vs température service ou ambiante externe). Si sous point de rosée, condensation pendant l'arrêt.

Mais si ces résistances dysfonctionnent ou disjoncteur déclenché, maintenance peut ne pas le savoir avant panne au démarrage. Vérifiées régulièrement, mais laisse moteurs/générateurs critiques sans protection pendant semaines ou mois.

Prévention des arcs électriques

Plus important encore, Loupe souligne que l'approche sans contact réduit l'exposition des employés aux arcs électriques. « Avec les dispositifs de surveillance continue, on élimine le risque d'arc électrique en n'ayant pas le technicien ouvrir les armoires pour tests mégaohms. »

Arc électrique = décharge électrique non désirée traversant l'air entre conducteurs ou conducteur-terre. Flash immédiat, températures 4× surface du soleil. Chaleur intense = dilatation brutale air = onde de choc projetant travailleurs dans la pièce et les faisant tomber d'échelles. Blessures : brûlures 3e degré, cécité, surdité, lésions nerveuses, arrêt cardiaque, mort.

Parmi causes potentielles d'arc électrique listées par NFPA 70E : « utilisation inappropriée d'équipement de test ». Bien que mise hors tension avant test et EPI appropriés recommandés, la MEILLEURE solution est d'éliminer le besoin d'accéder aux armoires pour tests de résistance d'isolation.

En plus du risque d'arc, Loupe a vu un autre risque : si moteur court-circuite à quelques pieds d'un employé. Personnel à ~1,5 m du moteur au démarrage groupe froid. Si court-circuit : gros bruit + projection d'étincelles.

« Avec la surveillance continue, pas d'employé en danger si moteur lâche au démarrage. Le dispositif prévient ce risque sécurité aussi. »

Plus d'infos : www.megalert.com ou 800-778-5689.