Comment les démarreurs progressifs protègent les systèmes de propulsion marins

Introduction

Le système électrique d’un navire fonctionne dans des conditions que les installations terrestres connaissent rarement. La capacité de production d’énergie est limitée, les charges varient constamment et chaque démarrage d’un moteur important peut affecter la stabilité de l’ensemble du réseau embarqué.

Rien ne sollicite davantage un système électrique maritime que les moteurs de propulsion et les propulseurs.

Qu’ils alimentent des propulseurs à tunnel, des propulseurs azimutaux ou des systèmes de positionnement dynamique (DP), ces gros moteurs nécessitent un courant de démarrage extrêmement élevé. Sans contrôle adéquat, le simple démarrage d’un moteur peut provoquer de graves chutes de tension, perturber les systèmes embarqués sensibles et exercer des contraintes mécaniques inutiles sur la chaîne cinématique de propulsion.

C’est pourquoi les démarreurs progressifs sont devenus un élément essentiel des systèmes de propulsion marins modernes.

Le défi du réseau électrique à bord des navires

Contrairement aux installations industrielles à terre, généralement raccordées à de vastes réseaux électriques publics, les navires fonctionnent avec une alimentation électrique embarquée limitée, fournie par un nombre restreint de générateurs diesel. Chaque démarrage d’un gros moteur puise directement dans cette capacité disponible.

Lorsqu’un gros moteur de propulseur démarre en démarrage direct (DOL), il peut absorber 6 à 8 fois son courant à pleine charge. Pour un moteur de propulseur de 6,6 kV et 2 MW, cela représente une demande soudaine et importante sur le système électrique du navire.

Cette chute de tension ne se limite pas au moteur lui-même. Elle se propage presque immédiatement à l’ensemble du réseau électrique du navire.

Figure 1 : Comparaison entre un démarrage direct sur le réseau et un démarrage de moteur contrôlé par un démarreur progressif sur un réseau électrique naval.

Les systèmes de navigation et de communication sensibles peuvent enregistrer des défauts ou se réinitialiser. Les variateurs de vitesse peuvent se déclencher en cas de sous-tension. Les systèmes d’éclairage peuvent scintiller ou s’atténuer. Sur les navires offshore, les paquebots de croisière, les navires de guerre et les navires de classe DP, même une brève perturbation d’alimentation peut affecter des opérations critiques.

Ces phénomènes obligent le concepteur électrique à augmenter la puissance nominale du système de production d’énergie.

C’est précisément pour cette raison que les principales sociétés de classification telles que DNV, ABS, Bureau Veritas et Lloyd’s Register imposent des limites strictes concernant les chutes de tension admissibles lors du démarrage des moteurs.

Les démarreurs progressifs constituent l’une des solutions techniques les plus efficaces pour maintenir la stabilité électrique lors du démarrage de gros moteurs marins.

Comment les démarreurs progressifs marins contrôlent le courant de démarrage

Les démarreurs progressifs marins contrôlent la tension appliquée au moteur lors du démarrage à l’aide d’une technologie de contrôle de puissance basée sur des thyristors.

Au lieu d’appliquer instantanément la tension secteur maximale, le démarreur progressif augmente progressivement la tension vers le moteur sur une période d’accélération configurable. Cette montée en puissance contrôlée réduit considérablement le courant d’appel du moteur et minimise les perturbations de tension sur le réseau électrique du navire.

Dans la plupart des applications maritimes, le courant de démarrage peut généralement être limité à environ 2,5

à 3,5 fois le courant à pleine charge, contre 6 à 8 fois le courant à pleine charge généralement observé avec un démarrage direct sur secteur.

Il en résulte un système électrique embarqué bien plus stable.

Les générateurs du navire ont le temps de réagir et de se stabiliser. Les chutes de tension sont considérablement réduites, et les autres systèmes embarqués continuent de fonctionner normalement pendant le démarrage du moteur.

Pour les systèmes marins à basse tension tels que les pompes, les compresseurs, les systèmes de refroidissement, les systèmes de ballast et les propulseurs de petite taille, le RVS-DN assure un contrôle fiable du démarrage et de l’arrêt des moteurs dans des environnements embarqués exigeants.

Pour les moteurs de propulsion de plus grande taille et les applications de propulseurs à moyenne tension, le HRVS-DN offre une commande de démarrage avancée spécialement conçue pour les applications marines à forte puissance.

Ces deux plateformes intègrent une fonctionnalité de démarrage respectueuse des générateurs qui contribue à réduire la sollicitation du système de production d’énergie du navire pendant l’accélération du moteur.

Protection du moteur de propulseur et de la chaîne cinématique

Les avantages d’un démarreur progressif marin vont bien au-delà de la stabilité électrique.

Le démarrage direct en ligne applique le couple de démarrage maximal presque instantanément. Ce choc de couple soudain exerce une contrainte importante sur l’ensemble de la chaîne cinématique, y compris les accouplements, les réducteurs, les arbres, les roulements et les systèmes d’hélice.

Au fil du temps, ces chocs répétés accélèrent l’usure mécanique et contribuent à :
• La fatigue des accouplements
• L’usure des réducteurs
• La concentration des contraintes sur les arbres
• L’endommagement des roulements
• L’allongement des intervalles de maintenance

Un démarreur progressif élimine cet impact mécanique soudain en augmentant progressivement le couple du moteur tout au long de la rampe d’accélération.

Figure 2 : Le démarrage séquentiel des propulseurs réduit les chutes de tension cumulées lors des opérations de positionnement dynamique.

Pour les propulseurs marins de grande taille, les rampes d’accélération sont souvent configurées entre 10 et 30 secondes, ce qui permet au groupe motopropulseur de se charger progressivement et en douceur.

Il en résulte une réduction des contraintes mécaniques, une amélioration de la longévité des équipements et une diminution des besoins en maintenance sur l’ensemble du système de propulsion.

Protection par arrêt progressif pour les pompes et propulseurs marins

Les systèmes maritimes sont confrontés à un autre défi lors de l’arrêt : le coup de bélier.

Lorsque de grandes pompes ou des systèmes de propulseurs s’arrêtent brusquement, le changement soudain de la vitesse du fluide peut générer des ondes de pression de type « coup de bélier » dans l’ensemble du réseau de tuyauterie. Sur les navires dotés de longues canalisations, ces pics de pression peuvent exercer des contraintes importantes sur les vannes, les raccords et la tuyauterie.

La fonction d’arrêt progressif d’un démarreur progressif réduit graduellement le couple du moteur lors de l’arrêt, permettant ainsi au débit de fluide de ralentir en douceur.

Ce processus d’arrêt contrôlé contribue à minimiser :
• Le coup de bélier
• Le choc hydraulique
• Les contraintes sur les tuyauteries
• L’usure des vannes
• Le rebond mécanique au sein de la chaîne cinématique

Pour les systèmes de ballast, les circuits d’eau de refroidissement, les systèmes d’extinction d’incendie et les applications de propulsion, un arrêt contrôlé peut améliorer considérablement la fiabilité du système.

Démarrage de plusieurs moteurs dans les applications de positionnement dynamique

De nombreux navires offshore, paquebots de croisière et navires de transport de charges lourdes font fonctionner plusieurs propulseurs simultanément lors de manœuvres ou d’opérations de positionnement dynamique.

La gestion du démarrage de plusieurs moteurs de grande puissance à partir d’une alimentation par générateur limitée nécessite une coordination minutieuse.

Les solutions de démarrage multi-moteurs Solcon-IGEL permettent un démarrage séquentiel des moteurs avec un espacement optimisé entre les démarrages, laissant ainsi le temps à la tension du générateur de se rétablir avant la mise en service du propulseur suivant.

Le système synchrone de démarrage/arrêt multiple prend en charge jusqu’à neuf moteurs à partir d’un seul contrôleur, ce qui contribue à réduire l’encombrement des appareillages de commutation dans les salles des machines où l’espace est limité, tout en conservant un contrôle précis des profils de démarrage des moteurs.

Protection intégrée des moteurs pour les environnements maritimes

Dans les applications maritimes, la protection des moteurs ne se limite pas à la longévité des équipements. Elle concerne également la continuité opérationnelle, la sécurité et la conformité aux exigences des sociétés de classification.

Figure 3 : Architecture intégrée de protection des moteurs marins utilisant des démarreurs progressifs et des relais de protection dédiés.

Les démarreurs progressifs marins Solcon-IGEL intègrent des fonctions de protection complètes conçues pour les environnements marins exigeants, notamment :

• Protection contre les surcharges thermiques
• Protection contre la perte de phase et le déséquilibre de phase
• Détection de blocage et de rotor bloqué
• Protection contre les sous-tensions et les surtensions
• Protection contre les sous-fréquences et les surfréquences
• Détection de court-circuit des thyristors
• Surveillance de la température du moteur par thermistance (PTC/RTD)
• Enregistrement des défauts avec journalisation des événements en temps réel

Protection de l’isolation du moteur (MIP6)

Pour les applications nécessitant une couche de protection supplémentaire indépendante, le MPS3000 / MIP6 s’intègre directement au démarreur progressif afin de répondre aux exigences avancées en matière de protection des moteurs et de conformité aux normes.

Conformité aux normes maritimes

Les démarreurs progressifs maritimes Solcon-IGEL sont disponibles avec les homologations des principaux organismes internationaux de classification maritime, notamment :

• DNV
• ABS
• Bureau Veritas
• Lloyd’s Register
• Korean Register
• ClassNK

Les produits sont également disponibles avec les homologations CE, UL et ATEX pour les applications offshore et en zones dangereuses.

Une documentation de conformité spécifique à chaque application ainsi qu’une assistance technique sont mises à la disposition des chantiers navals, des consultants, des intégrateurs de systèmes et des équipes d’ingénierie navale.

Choisir le démarreur progressif adapté à votre navire

Les systèmes de propulsion marine fonctionnent dans certains des environnements électriques les plus exigeants au monde. Un démarrage fiable du moteur ne vise pas seulement à protéger le moteur lui-même, mais aussi à maintenir la stabilité de l’ensemble du navire.

Les démarreurs progressifs Solcon-IGEL sont utilisés dans le monde entier sur des navires offshore, des paquebots de croisière, des navires de transport de charges lourdes, des applications navales et des plateformes maritimes spécialisées où la fiabilité électrique et la continuité de la propulsion sont essentielles.

Vous envisagez de moderniser votre système de propulsion marine ou votre propulseur ?

Indiquez-nous le type de votre navire, la puissance nominale du moteur du propulseur, la tension d’alimentation et les exigences de classification, et l’équipe d’ingénieurs Solcon-IGEL vous recommandera la solution la mieux adaptée à votre application.