Modernisation de l’infrastructure ferroviaire avec les amplificateurs séparateurs haute tension de Knick et les systèmes DAQ de Dewesoft

Des milliards de personnes utilisent chaque jour les transports publics dans les petites et grandes villes du monde entier. Ces activités ferroviaires nécessitent la surveillance et la maintenance de centaines de sous-stations de traction, de disjoncteurs, de transformateurs, de redresseurs et de relais de protection. Au sein de l’infrastructure ferroviaire, de nombreuses caractéristiques telles que la tension, le courant et la température doivent être enregistrés en continu. Une de ces sociétés de transports en commun était confrontée au problème posé par le grand nombre de canaux, qui ne pouvait pas tous être enregistrés avec les systèmes de mesure existants. Afin de relever ce défi, elle était à la recherche d’appareils de mesure haute tension et de systèmes d’acquisition des données adaptés à la technique ferroviaire. La solution qu’elle a trouvée – ainsi que le bénéfice qu’elle en tire – vous sont présentés dans l’article suivant.

Le défi

La surveillance de la tension, du courant et des températures dans les sous-stations de traction ainsi que les postes de sectionnement et de mise en parallèle impose des exigences élevées à la technique – notamment aux installations avec des disjoncteurs à ouverture ultrarapide, des transformateurs, des redresseurs et des relais de protection. Les surveillances des véhicules automoteurs, des valeurs du courant et de la tension ainsi que des composants des sous-stations de traction sont étroitement liées et requièrent des systèmes DAQ et des convertisseurs haute tension hautement isolés. Les ingénieurs de la société de transports avaient reconnu la nécessité d’instaurer un système décentralisé pour acquérir ces données de manière synchronisée, et se sont mis à la recherche d’une solution.

Étant donné que les trains de cette société sont électriques, la surveillance des tensions et des courants élevés revêt une importance cruciale. Afin que l’acquisition de ces données puisse être réalisée en toute sécurité, le matériel utilisé doit disposer d’une séparation des potentiels fiable. Les mesures doivent de plus être extrêmement précises et rapides. Il est essentiel d’évaluer correctement ces caractéristiques électriques en fonction des performances des équipements de la sous-station de traction.

Les courts-circuits et autres événements potentiellement dangereux peuvent être détectés à temps et rapidement résolus grâce à la communication directe entre les convertisseurs de mesure, les relais de protection et les disjoncteurs à ouverture ultrarapide. La sécurité, la rapidité et la précision sont décisives pour enregistrer de manière fiable les phénomènes transitoires dans des conditions de service variables.

Les transformateurs et redresseurs convertissent le courant à partir de la tension alternative du réseau électrique et l’injectent dans le système de courant ferroviaire. Les montées de température peuvent signaler des raccords électriques desserrés, usés ou défectueux, il est donc indispensable de surveiller la température sur différents points de mesure.

Une surveillance précise de la tension, du courant et de la température permet à la société de transports en commun de résoudre les problèmes avant qu’ils n’impactent le déroulement des opérations ou ne conduisent à des défauts de sécurité. Grâce à la surveillance continue, la société de transports peut déterminer l’état global des installations ferroviaires tout en collectant des données historiques précieuses pour analyser les causes des perturbations du système. Les équipes de maintenance sont ainsi informées à tout moment de l’état des installations, et de potentielles interruptions de service peuvent être évitées de manière ciblée.

Les ingénieurs de la société de transports en commun ont analysé le marché et ont découvert les convertisseurs de mesure hautement isolés de Knick et le système DAQ Krypton de Dewesoft :

Solution n° 1 : les convertisseurs de mesure de Knick

Les prescriptions électriques de la société de transports englobent une liste complète d’exigences imposées aux convertisseurs de mesure. Cela inclut une isolation efficace durable à partir de 2,2 kV pour la protection contre les tensions continues, ainsi qu’une tension d’essai de 10 kV pour la protection contre les surtensions transitoires. Afin d’enregistrer précisément les comportements des signaux transitoires, les valeurs mesurées doivent être linéaires jusqu’à au moins 200 % de la plage nominale du convertisseur de mesure. La vitesse de transmission joue ici un rôle central : une modification de 90 % du signal d’entrée doit apparaître à la sortie en l’espace de 110 microsecondes – ce temps est aussi appelé T90.

Les données d’essai des convertisseurs de mesure de la série P41000 de Knick confirment la linéarité jusqu’au double de la plage nominale.

La société de transports en commun a opté pour les convertisseurs de courant de la série P41000 et les convertisseurs de tension de la série P42000 de Knick. Ces modèles satisfont aux exigences du projet – voire même les surpassent – et se sont établis depuis de nombreuses années comme convertisseurs de mesure standard pour les applications exigeantes du secteur ferroviaire.

Ces appareils compacts peuvent être montés sur des rails DIN de 35 mm. Le paramétrage d’entrée et de sortie peut être sélectionné de manière flexible. L’alimentation en tension universelle admet des valeurs de 20 à 253 V CA/CC. L’isolation galvanique à 3 ports entre l’entrée, la sortie et l’alimentation offre une protection durable contre les surtensions jusqu’à 3 600 V CA/CC.

Le P41000 mesure le courant au moyen de la tension shunt, dans ce cas précis, avec une entrée nominale de ±50 mV définie par la société de transports. En combinaison avec un shunt performant, il est ainsi possible de mesurer de manière précise et fiable des courants allant jusqu’à 25 kA CC.

Avec le convertisseur de tension P42000, la société de transports projetait de surveiller une plage nominale bipolaire de 1 000 V CC et de détecter des perturbations du système jusqu’à ±2 000 V CC. Les avantages des convertisseurs haute tension de Knick dans les systèmes ferroviaires se sont révélés immédiatement : ils fournissent des données même à des fréquences de coupure supérieures à 5 kHz.

Convertisseurs haute tension des séries P41000 et P42000 de Knick

Solution n° 2 : KRYPTON

Les modules DAQ KRYPTON allient la protection IP67 à une plage de températures de service extrême allant de -40 à +85 °C (-40 à +185 °F) ainsi qu’à une résistance aux chocs allant jusqu’à 100 g, et ce, sans pertes de performance. Grâce à leur design compact, les modules KYPTON peuvent sans problème être intégrés dans les armoires de commande utilisées par l’infrastructure des transports en commun.

La série DAQ KRYPTON de Dewesoft comprend des modules à canaux uniques et multiples.

Les modules KRYPTON utilisent des convertisseurs ADC 24 bits avec filtrage anti-repliement intégré sur chaque canal – pour une performance DAQ maximale. Les modules KRYPTON fournissent des résultats de mesure précis tout en offrant une largeur de bande élevée. L’isolation et les raccords industriels standardisés jouent également un rôle central. Les modules KRYPTON communiquent par le biais d'EtherCAT – une interface Ethernet spécialement adaptée aux systèmes DAQ pour la transmission du courant, des signaux et des informations temporelles via un seul câble. Le protocole EtherCAT assure la synchronisation temporelle de tous les modules dans la chaîne de mesure.

Avec un taux d’échantillonnage de 20 kHz, le module KRYPTONi-8xLA effectue en même temps des analyses FFT et harmoniques de toutes les entrées analogiques. Des fonctions telles que la création de formules personnalisées, des filtres et des statistiques en temps réel font de Dewesoft la solution idéale.

Les entrées numériques des modules KRYPTONi-16xDI enregistrent de manière précise les signaux numériques d’entrée/de sortie des relais CC. Avant et après la désactivation d’un disjoncteur, ces signaux numériques déclenchent un enregistrement avec un taux d’échantillonnage maximal et détectent ainsi les pics de tension temporaires sans perte et avec une grande exactitude. Ces enregistrements ultrarapides sont cruciaux pour déterminer les causes des perturbations et aident les ingénieurs de la société à développer des solutions ainsi qu’à éviter de futures perturbations.

Module KRYPTONi-8xLA

Module KRYPTONi-16xDI

Conclusion

Cette société de transports en commun a investi de manière stratégique dans des solutions de Knick et Dewesoft en vue de moderniser son infrastructure ferroviaire. Les sorties échelonnées des convertisseurs de mesure de Knick sont parfaitement adaptées aux entrées des modules KRYPTON de Dewesoft. Ces appareils enregistrent et analysent aussi bien des données historiques qu’en temps réel – ce qui permet aux ingénieurs de la société de transports de prendre des décisions éclairées. Ils peuvent détecter en temps réel des défauts inattendus dans le système de répartition du courant puis y réagir. La sécurité de leurs systèmes électriques – et des personnes qui les utilisent – est pour eux une priorité absolue.

La surveillance et l’entretien des installations de courant de traction représentent un véritable défi. La combinaison des solutions présentées et du savoir-faire des ingénieurs de la société a réduit les temps d’arrêt, amélioré les performances et renforcé l’efficacité. Ces améliorations augmentent la satisfaction des passagers.