Comment une usine de taille moyenne a réduit de 65 % les défaillances d’équipements grâce aux SPD de SINGI

Contexte du client

Un fabricant de composants industriels de taille moyenne au Texas, employant 350 personnes, exploite une usine de 45 000 pieds carrés avec 180 machines CNC, des lignes d’assemblage automatisées et un laboratoire qualité central. L’usine fonctionne 24 h/24 et 7 j/7 pour respecter les délais de livraison des clients des secteurs automobile et aérospatial. Au cours des deux dernières années, la direction s’est efforcée de réduire les coûts de production et d’améliorer la ponctualité des livraisons, les pénalités contractuelles commençant à entamer les marges.

Quels problèmes l’usine rencontrait-elle avant l’installation des SPD ?

L'usine se trouvait dans une région où les orages sont fréquents, au printemps et en été. Les surtensions du réseau électrique et les coups de foudre à proximité endommageaient à plusieurs reprises l'électronique sensible des commandes CNC, des automates programmables (PLC) et des variateurs de fréquence. Chaque incident déclenchait un arrêt d'urgence. La ligne de production s'arrêtait pendant des heures, le temps que les techniciens localisent la carte défaillante, la remplacent et lancent les diagnostics.

Rien qu'en 2022, l'usine a enregistré 14 défaillances liées aux surtensions. Les coûts directs de réparation et de remplacement se sont élevés à US$ 86 000. Le temps d'arrêt des machines a coûté US$ 240 000 supplémentaires en production perdue. L'équipe de maintenance a également consacré environ 200 heures par an à des réparations non planifiées, ce qui l'éloignait de la maintenance préventive. Les rejets qualité ont augmenté parce que le redémarrage des machines après une surtension entraînait un étalonnage imprécis.

Les tentatives précédentes consistaient notamment à ajouter des alimentations sans interruption (ASI) aux serveurs et à installer des régulateurs de tension sur quelques machines. Ces dispositifs filtraient le bruit de faible niveau, mais ne pouvaient pas gérer les transitoires de haute énergie comme les surtensions induites par la foudre. Comme le tableau de distribution principal de l'usine ne disposait d'aucune protection contre les surtensions, l'énergie transitoire se propageait dans tout le système de câblage et atteignait les équipements connectés, indépendamment des filtres locaux.

Pourquoi l’usine a-t-elle choisi les SPD de SINGI ?

Après avoir évalué trois fournisseurs, l’ingénieur électricien de l’usine a choisi les parasurtenseurs (SPD) de SINGI. Deux facteurs ont motivé cette décision.

• Conformité à IEC 61643-11 : Les SPD de SINGI satisfaisaient aux classifications de Type 1 et de Type 2, couvrant à la fois les impacts directs de foudre et les surtensions de manœuvre. L’ingénieur a apprécié que les produits aient été testés selon des normes internationales, garantissant des performances fiables dans des conditions réelles.
• Niveau de protection bas (Up) : Les SPD de SINGI offraient un niveau de protection en tension inférieur à 1,5 kV, suffisamment bas pour protéger les automates (PLC) et les commandes CNC sensibles. D’autres fournisseurs présentaient des valeurs Up plus élevées qui risquaient encore d’endommager les relais statiques.

L’usine a également choisi SINGI parce que la gamme de produits incluait à la fois la protection CA et CC avec une conception modulaire, simplifiant les futures mises à niveau du tableau. Le distributeur a fourni un support technique et a aidé aux études de coordination.

Comment le système de SPD a-t-il été mis en œuvre ?

Le projet s’est étalé sur six semaines, de l’audit à la mise en service.

1. Évaluation du site : Un ingénieur a inspecté le système électrique, identifié le tableau de distribution principal, les sous-tableaux et les emplacements des équipements critiques. À l’aide de l’évaluation du risque de foudre de l’installation, il a spécifié un SPD de Type 1 à l’entrée de service principale et des SPD de Type 2 à chaque sous-tableau.
2. Installation de la protection principale : L’équipe a monté un SPD de Type 1 SINGI sur le tableau de distribution principal avec des conducteurs courts et droits afin de minimiser l’inductance des liaisons. Elle a également amélioré l’électrode de mise à la terre et relié la borne de terre du SPD au réseau de terre existant.
3. Ajout d’une protection répartie : Des unités de Type 2 ont été installées sur cinq sous-tableaux alimentant la zone CNC, la ligne d’assemblage et le laboratoire qualité. Chaque unité a été câblée en parallèle avec la charge et protégée par un disjoncteur dédié.
4. Vérification et mise en service : Après l’installation, les techniciens ont testé la résistance de mise à la terre et vérifié que la fenêtre d’indication de chaque SPD affichait un état normal. Ils ont également examiné la coordination entre les appareils amont et aval afin de s’assurer que l’unité de Type 1 absorbait la majeure partie de l’énergie.

Un défi était l’espace limité dans l’ancien tableau principal. L’équipe l’a résolu en utilisant le format compact sur rail DIN du SPD et en réorganisant les câbles détendus inutilisés. Cela a réduit le temps d’installation d’environ 20 % par rapport à l’estimation initiale.

Quels résultats l’usine a-t-elle obtenus ?

Après une année complète d’exploitation, les défaillances liées aux surtensions de l’usine sont passées de 14 à 4. Les incidents restants se sont produits sur des équipements non encore couverts par le système de SPD, ce qui a incité l’équipe à étendre la protection à ces lignes.

• Le taux de défaillance des équipements a chuté de 65 % : De 14 incidents de surtension en 2022 à 4 en 2023.
• Arrêts non planifiés réduits de 42 % : Les arrêts de production liés aux surtensions sont passés d’une moyenne de 18 heures par événement à 6 heures, soit un total de 52 heures économisées par an.
• Coûts de maintenance réduits de 112 000 $ : Les frais de réparation et de remplacement sont passés de 86 000 $ à 24 000 $, auxquels s’ajoutent les économies de main-d’œuvre découlant de moins d’interventions.
• Livraisons dans les délais améliorées de 92 % à 98 % : L’usine a livré davantage de commandes dans les délais, sans interruptions dues aux surtensions.

Le système de SPD s’est amorti en cinq mois, installation et matériel compris. L’usine a également constaté moins de rejets qualité après les redémarrages de ligne, car les machines ne perdaient plus leur calibration lors des événements électriques.

Que dit le directeur d’usine ?

"Avant d’installer les SPD de SINGI, un seul orage pouvait nous arrêter pendant tout un poste. Aujourd’hui, nous n’y pensons même plus. La décision s’est justifiée à elle seule rien que sur le budget de maintenance de la première année." – Responsable de l’ingénierie de l’usine

"Le support technique de l’équipe de SINGI a fait la différence. Ils nous ont guidés tout au long de l’étude de coordination et nous ont aidés à dimensionner correctement les appareils. Ce n’était pas une simple boîte au mur ; c’était une solution conçue." – Ingénieur électricien senior

Leçons et recommandations

D’autres installations industrielles confrontées à des problèmes similaires de qualité de l’énergie peuvent tirer trois leçons pratiques de ce projet.

• Installez des SPD à l’entrée de service principale ET dans les sous-tableaux. Une protection uniquement au tableau principal laisse les surtensions internes et les transitoires subséquents sans contrôle. Une protection par couches garantit que l’électronique sensible ne subit qu’une faible tension résiduelle.
• Adaptez la classification du parasurtenseur à l'exposition réelle à la foudre. Un SPD de Type 1 doté d’une capacité de courant de foudre est obligatoire là où un impact direct est possible. Un Type 2 seul peut ne pas survivre à un impact direct, comme le montrent les études sur les dommages aux SPD causés par les courants continus.
• Gardez les conducteurs courts et vérifiez la mise à la terre. L’effet protecteur du SPD dépend fortement de la qualité de l’installation. Un câblage long augmente le niveau de tension protégé, aussi respectez les limites de longueur de câblage du fabricant et testez la résistance de terre avant la mise en service.

Si le projet était à refaire, l’usine étendrait la couverture SPD à chaque tableau connecté dès le premier jour et relèverait mensuellement les lectures des compteurs de surtensions. L’ingénieur a noté que l’ajout de compteurs fournirait de meilleures données pour affiner le calendrier de maintenance.

Références

IEC 61643-11:2011 Parasurtenseurs basse tension – Partie 11 : SPD raccordés aux systèmes d’alimentation basse tension. https://webstore.iec.ch/publication/61643-11

Investigation of Lightning Effects on Solar Power Plants – SPD Analysis. https://arxiv.org/abs/2511.06523

Ground Potential Rise and SPD Damage Caused by Lightning Initial Continuous Current. https://xs.glgoo.net/scholar?q=initial+continuous+current+SPD+damage