Condensation dans les appareillages de commutation : comment dimensionner un contrôleur AWS

Un responsable de maintenance avec lequel nous travaillons décrit ainsi son été. Le circuit en boucle se déclenche un matin humide ; personne n’y a touché, et le temps qu’il arrive sur place, le défaut s’est résolu de lui-même. Il remet le courant, le circuit tient, puis la même chose se reproduit trois semaines plus tard. Ce phénomène est dû à la condensation dans l’appareillage électrique, et c’est l’un des rares défauts qui ne laisse aucune odeur de brûlé.

Remarque relative au champ d'application : ce document traite de la régulation climatique à l'intérieur des armoires électriques, des coffrets de raccordement, des unités de boucle et des sous-stations compactes à basse tension, à l'aide de la gamme de régulateurs de température et d'humidité AWS. Les locaux électriques climatisés et les kiosques extérieurs à ventilation forcée sont soumis à des règles différentes. Nous fabriquons la gamme AWS ; veuillez donc tenir compte de ce fait lorsque vous consultez les conseils de dimensionnement.

D'où vient réellement l'eau ?

Il n’est pas nécessaire qu’il y ait une fuite pour que de l’eau s’infiltre à l’intérieur d’une armoire. L’air chaud contient plus d’humidité que l’air froid, et chaque armoire « respire » par ses entrées de câbles, ses joints d’étanchéité et ses joints de porte à mesure que la température interne varie. Une armoire dont la température atteint 40 °C l’après-midi et descend à 24 °C pendant la nuit aspire de l’air humide au fur et à mesure que la température baisse. Lorsqu’une surface à l’intérieur de l’armoire passe en dessous du point de rosée de cet air, l’humidité s’y dépose.

Il est utile de calculer une fois le point de rosée, car cela permet de comprendre l’ensemble du problème. À 30 °C et avec une humidité relative de 80%, le point de rosée est d’environ 26 °C. Toute surface dont la température est égale ou inférieure à 26 °C dans cet air va accumuler de l’eau. La paroi en acier d'une armoire électrique dans une usine, qui se refroidit pendant la nuit, atteint la température ambiante bien avant que l'air à l'intérieur ne le fasse, ce qui explique précisément pourquoi de la condensation se forme sur la paroi et s'écoule sur les barres omnibus.

La norme CEI 60068-2-30 est la norme d'essai qui reproduit ce cycle, tandis que la norme CEI 61439-1 fixe les limites d'élévation de température pour l'ensemble lui-même. Le mécanisme physique est le même, qu'il s'agisse d'un tableau de distribution de 400 V ou d'un tableau en boucle de 33 kV ; seules les conséquences changent.

Pourquoi cela fait-il sauter le disjoncteur, plutôt que de simplement donner une impression de désordre ?

La présence d'eau sur une surface isolante ne nécessite pas de pontage pour provoquer un défaut. La poussière humide sur un bornier fait baisser la résistance de surface ; un courant de fuite se propage sur la distance de fuite, et l'isolation finit par subir un claquage. Sur un tableau de 400 V, cela déclenche souvent un relais de défaut à la terre avant même que des dommages visibles n'apparaissent. Sur les équipements moyenne tension, ce même processus provoque un claquage accompagné de réels dommages.

La corrosion est plus lente et plus coûteuse. Les vis des bornes rouillent, les barres omnibus en aluminium s'oxydent sous la rondelle de contact et les axes des charnières se grippent. Un tableau électrique soumis à trois saisons humides nécessite un entretien différent de celui qui reste à l'abri de l'humidité.

Chauffage, détection et circulation de l'air

Le système anti-condensation remplit trois fonctions. Un régulateur qui n'en assure qu'une seule ne résout le problème qu'à moitié.

Veillez à ce que les surfaces restent chaudes. Un élément chauffant situé à l'intérieur de l'armoire augmente la température de l'air et, surtout, maintient l'acier et la barre omnibus au-dessus du point de rosée. Nos éléments chauffants AJR en aluminium sont disponibles dans des puissances allant de 50 à 300 W, dans les tailles de boîtier A et B. Les modèles AJR en silicone sont proposés en versions 50 W et 150 W avec un câble standard de 3 m ; ils constituent la solution flexible lorsque l'espace derrière la barre omnibus est restreint.

Mesurez à la fois la température et l'humidité. Un thermostat seul ne peut pas détecter l'humidité. La gamme AWS mesure la température de -40 à 120 °C et l'humidité relative de 18 à 98% RH sur les modèles intelligents, avec une précision de température de plus ou moins 1 °C. C'est ce canal d'humidité qui permet au régulateur de déterminer quand le chauffage est réellement nécessaire, plutôt que de fonctionner selon un programme fixe.

Faites circuler l'air. Un radiateur réchauffe l'espace qui se trouve à proximité. L'air chaud monte le long de la paroi de l'armoire, de sorte que le haut de l'enceinte devient chaud tandis que le bas reste à la température à l'origine du problème. Les régulateurs intelligents AWS intègrent une sortie pour ventilateurs, et ceux-ci font circuler l’air à travers l’armoire, ce qui permet de répartir l’effet du radiateur. Sur les armoires hautes, cela fait toute la différence entre des bornes sèches en haut et des bornes humides en bas.

Le dimensionnement part du volume du caisson, et la plupart des fabricants de caissons se basent sur une valeur d’environ 5 à 10 W par mètre cube de volume interne pour éviter la condensation. Il s’agit d’une estimation pratique, et non d’une norme, qui ne remplace pas un calcul. À titre de vérification de ce calcul : une armoire étanche de 600 x 800 x 300 mm présente une surface d’environ 1,8 mètre carré. Un patin en silicone de 50 W placé à l’intérieur augmente la température de l’air interne d’environ 5 K une fois la porte fermée, en supposant que les joints de porte soient normaux et qu’il n’y ait pas d’isolation. Cinq kelvins suffisent pour maintenir les surfaces au-dessus d’un point de rosée de 26 degrés dans une pièce à 25 degrés. Dans une usine plus froide ou une enceinte plus grande, ce même calcul conduit à opter pour une puissance de 150 W ou une distribution assistée par ventilateur.

Ce que nous ne recommandons plus

Trois modèles sont revenus si souvent que nous avons cessé de les recommander.

Un radiateur sans circuit d'humidification. Dans les sous-stations côtières, un thermostat classique fait également fonctionner le chauffage pendant la saison sèche, car il ne mesure que la température. Trois panneaux dans l’une de ces sous-stations ont fonctionné ainsi pendant tout un été. L'un d'entre eux a atteint une température interne de 45 °C en août, et l'isolation du câblage secondaire s'est durcie au point de se fissurer au niveau des coudes. Les modèles intelligents AWS mesurent également l'humidité ; le chauffage se déclenche donc en présence d'humidité plutôt que dès que l'air est frais.

Laisser le ventilateur fonctionner en continu. On dirait une ventilation, et cela fait effectivement circuler l'air, mais par temps humide, le ventilateur aspire l'air extérieur chargé d'humidité à l'intérieur de l'armoire. La sortie du ventilateur sur un contrôleur AWS devrait être liée à un point de consigne, et non câblée pour fonctionner en permanence.

Colmater toutes les ouvertures et laisser la tranchée ouverte. Une armoire de protection IP65, étanche selon la norme CEI 60529, reste perméable à l'air par le conduit de câbles. Si la tranchée de câbles se remplit d'eau pendant la saison des pluies, le fait de calfeutrer les joints de l'armoire ne change rien, car l'humidité s'infiltre par le câble. Dans ce cas, la solution réside au niveau de la tranchée, et non dans l'armoire.

Choisir un contrôleur parmi la gamme AWS

La gamme se divise en trois catégories : les plateformes à cadran, les plateformes de base et les plateformes intelligentes. Le code contient les informations essentielles : le canal surveillé, l'action déclenchée par la sortie, le type de sortie (passive ou alimentée), la lettre correspondant à la plateforme et le format de montage.

Plateforme	Méthode de configuration	Options de montage	Où cela s'applique-t-il ?
Cadran (Z)	Molette de réglage, sans affichage	Rail DIN de 35 mm, ou découpe de panneau de 45,5 x 45,5 mm	Armoires à fonction unique, à usage fixe
Niveau débutant (J)	Fonctions préréglées, réglages limités	Rail DIN ou panneau	Commande simple d'un radiateur ou d'un ventilateur
Intelligent (X)	Affichage numérique, multicanal	Rail DIN de 48 mm, panneau de 72 / 96 / 120 mm, rail DIN fin 1P ou boîtier de 115 x 90 x 72 mm	Armoires multicanaux, alarmes et sorties 4 à 20 mA, RS485 si nécessaire

Les contacts de sortie sont calibrés pour 250 V CA / 5 A, ce qui couvre directement la plupart des charges liées aux éléments chauffants et aux ventilateurs. Les modèles « intelligents » acceptent une alimentation de 85 à 265 V CA/CC ; ainsi, un même appareil fonctionne aussi bien sur une batterie de station de 110 V CC que sur une alimentation auxiliaire de 230 V CA, sans qu'il soit nécessaire de changer de modèle. La communication RS485 est disponible sur certains modèles, ce qui permet aux données climatiques de l'armoire d'être transmises sur la même boucle Modbus que le reste de la surveillance du tableau.

Les capteurs sont adaptés à la plateforme : WCG-Z pour les modèles à cadran, WCG-J pour les modèles de base, WCG-X pour les modèles intelligents. Le câble et le connecteur sont spécifiques au régulateur ; il est donc recommandé de commander le capteur en même temps que l'appareil plutôt que de le choisir par la suite. Installez le capteur à mi-hauteur, du côté exposé à la surface la plus froide, et éloignez-le du corps du chauffage, sinon le régulateur mesurera une température qui ne correspond à aucune autre partie de l'armoire.

Une précision concernant l'installation des modèles intelligents dotés d'une sortie 4 à 20 mA : les sorties d'alarme et analogiques sont les deux signaux les plus couramment utilisés par les tableaux de commande. Le contact d'alarme est relié au dispositif d'annonce local ; la sortie analogique est reliée à la boucle SCADA lorsqu'il est plus utile de disposer d'une courbe de tendance de l'humidité de l'armoire plutôt que d'un simple seuil.

Une séquence pratique

Commencez par effectuer des mesures. Une semaine complète de relevés de température et d’humidité à l’intérieur de l’armoire pendant la saison humide vous en apprendra davantage qu’une heure le jour même de la visite. Choisissez la puissance du chauffage en fonction du volume, puis vérifiez l’augmentation de température à l’aide de l’estimation de 5 à 10 W par mètre cube. Choisissez la combinaison capteur/régulateur dans le tableau ci-dessus. Raccordez la sortie du ventilateur à un point de consigne, et ne vérifiez la tranchée qu’en dernier lieu avant de mettre l’enceinte en cause.

Les contrôleurs, capteurs et éléments chauffants AWS figurent dans le catalogue dédié à la surveillance et à la protection de l'alimentation électrique sur notre centre de téléchargement. Pour l'autre volet de ce même sujet, à savoir les joints chauds qu'il faut surveiller plutôt que de les laisser sécher, nos remarques sur Dépannage du panneau de commande Nous abordons ici les symptômes qui peuvent être confondus avec la condensation, et le blog ACXION rassemble les comptes rendus d'installation. Pour en savoir plus sur notre processus de fabrication, rendez-vous sur À propos d'ACXION, et les plans des meubles peuvent passer par le Page « Contacter ACXION ».

Les caractéristiques techniques sont tirées du catalogue actuel et peuvent être modifiées à mesure que la gamme est mise à jour. Veuillez vérifier le nombre de canaux, le mode de sortie et le format de montage en vous référant à la confirmation de commande.

Les régulateurs, capteurs et éléments chauffants sont fournis conformément à la configuration que vous commandez, et chacun d'entre eux fait l'objet d'un devis distinct.