L'unité de contrôle et de surveillance
Cette unité est commandée par microprocesseur (figure 1). Elle reçoit des informations électriques ou de température, grâce à deux convertisseurs de courant et à un transformateur de signal, informations qui sont comparées aux valeurs préalablement programmées par l'utilisateur. En cas de dépassement des limites de tolérance programmées, un signal électrique est transmis à deux relais, l'un qui provoque l’arrêt de la pompe et l'autre qui commande une alarme à distance.
Le système peut fonctionner soit en démarrage direct soit en démarrage étoile-triangle ou par autotransformateur.
Fonctionnement de l'unité de contrôle
La surtension du courant d’alimentation est l'une des causes de dégradation des moteurs électriques que l'utilisateur ne peut maîtriser. Depuis 1986, en effet, la tension du réseau passe progressivement de 380 V à 400 V, et cela le plus souvent sans que les utilisateurs en soient informés ; or dans ce cas les moteurs existants travaillent à la limite de leurs possibilités.
De telles surtensions provoquent des défauts d'isolement par destruction de l’isolant, le gonflement du stator et le serrage du moteur. Cette destruction est irrémédiable, car l'augmentation d’intensité qui accompagne le phénomène est détectée trop tard par le relais thermique de l’installation, alors que les dommages créés sont très avancés. Les unités de contrôle interviennent pour protéger les moteurs immergés, les câbles et les jonctions de câble. Le système permet en effet de programmer de façon simple et aisée les plages de fonctionnement de certains paramètres électriques, et de couper l’alimentation électrique dès que la tension dépasse la valeur préréglée. À cet effet, en cas de dépassement des valeurs programmées, le moteur est arrêté après environ 5 secondes (il est donc insensible aux microcoupures de courant) ; ensuite, l'unité de contrôle tente de faire démarrer le moteur 5, 20 et 35 minutes après cet arrêt.
Dans les installations isolées, il est possible d’installer une alarme à distance, ce qui est particulièrement apprécié des services d’entretien, qui peuvent ainsi prévenir les pannes.
Après programmation, l’unité permet un contrôle visuel des paramètres. Comme l'indique le tableau 1, en cas de défaut, l'utilisateur peut agir très rapidement pour indiquer au service d’entretien ou au réparateur l'origine du défaut, sans avoir à pratiquer d'autres investigations.
Coût d’exploitation d'une station de pompage immergée
L'entretien préventif d’une telle station est quasiment inexistant et il est rare que les exploitants s'inquiètent de façon systématique du rendement de leurs installations. Il est pourtant possible d’évaluer son vieillissement par rapport à une
[Photo : Fig. 1 – Fonction de l'unité de contrôle et de surveillance. 1. Affichage ; 2. Touches de fonction ; 3. Paramètres ; 4. Fiche de raccordement ; 5. Commutateur de programmation ; 6. Trous de fixation.]
Photo 1 : L’unité de contrôle et ses capteurs.
valeur en Wh par m² et par mètre d’élévation, mais cela nécessite des relevés périodiques à intervalles plus ou moins longs, ce qui ne permet pas de prendre en compte les variations intempestives de certaines données électriques.
Prenons l’exemple des surtensions ou asymétries du courant fourni par le réseau ; face à cette réalité l’utilisateur peut prendre trois attitudes :
- il peut ignorer le problème et attendre la destruction du moteur : c’est le cas le plus fréquemment rencontré, et pourtant le plus coûteux. En effet, au coût de remplacement du moteur, il faut ajouter le coût de main-d’œuvre entraîné par la dépose et la pose de la pompe dans le forage et la perte de production industrielle ou agricole due à l’immobilisation de l’installation (compte tenu des délais de livraison du nouveau moteur) ;
- la deuxième solution consiste à remonter la pompe et à changer le moteur : dans ce cas l’immobilisation est programmée et n’entraîne pas de perte de production, mais quels sont les critères permettant de juger de l’opportunité de ce remplacement ? L’utilisateur, mal renseigné, prend le risque de changer un moteur qui aurait pu fonctionner encore longtemps…
- face aux inconvénients précédents il préfère installer une unité de contrôle, ce qui est la solution la plus adaptée et la moins onéreuse : il pourra ainsi apprécier, de façon objective, l’état de son installation et programmer les travaux d’entretien au moment le plus opportun. À titre de comparaison, le coût d’une telle unité représente seulement 50 % du coût d’un moteur de 15 kW et son coût d’installation est minime par rapport aux frais de dépose d’une pompe dans un forage.
Tableau I – Nature des protections assurées
| Variation de tension |
Origine : Réseau |
Action corrective : Pas d’action possible sur le réseau. Arrêt automatique du moteur en cas de dépassement des valeurs programmées. |
| Résistance d’isolement |
Origine : La mesure de la résistance d’isolement permet la surveillance du degré de vieillissement du moteur |
Action corrective : Cette indication de défaut naissant permet de prévoir opportunément le remplacement du moteur. |
| Température du moteur (seulement pour les moteurs équipés d’une sonde thermique) |
Origine : Envasement du forage ; vieillissement du moteur ; perçage de la tuyauterie de refoulement (recyclage de l’eau et montée en température) |
Action corrective : Remplacement du moteur. |
| Asymétrie du courant |
Origine : Réseau |
Action corrective : Pas d’action possible sur le réseau. Arrêt automatique en cas de dépassement des valeurs programmées. |
| Variation d’intensité |
Origine : Niveau d’eau insuffisant ; entartrage des tuyauteries ; perçage de tuyauteries |
Action corrective : L’intensité varie avec la charge ; il convient donc de vérifier tous les paramètres intervenant dans le calcul de la hauteur manométrique. |
| Sens de rotation |
Origine : Erreur de branchement électrique à l’installation ou lors d’une réparation |
Action corrective : Intervertir deux phases. |
Le cas des eaux minérales Perrier
Cet exemple illustre les problèmes que peut rencontrer une société d’exploitation. La pompe qui équipe la station de pompage Perrier est installée à une profondeur de 120 m et permet d’extraire du sol 80 m³/h d’eau gazeuse renfermant 400 m³ de gaz carbonique naturel. Malgré ces conditions de pompage difficiles, l’hydraulique de la pompe est toujours restée intacte ; en revanche, le moteur électrique devait jusqu’en 1988 être remplacé tous les deux ou trois mois.
Face aux impératifs de production et aux coûts de réparation, les services techniques de la société exploitante ont décidé d’installer, en janvier 1989, une unité de contrôle et de protection. Les résultats ont été spectaculaires, puisque le moteur ainsi protégé n’a subi aucune réparation depuis cette date et fonctionne parfaitement.
Nous pouvons aujourd’hui comprendre pourquoi les moteurs immergés de cette exploitation étaient détruits très rapidement : en effet, l’unité de contrôle mise en place dans l’installation et qui surveille en permanence un certain nombre de paramètres électriques a montré que les tensions électriques y peuvent atteindre momentanément 420 V, alors que le moteur a été conçu pour fonctionner sous une tension de 380 V. Il est évident que sans protection ces conditions ne pouvaient qu’entraîner un vieillissement prématuré de celui-ci.
L’intérêt d’une unité de contrôle est donc évident pour la protection et la surveillance des pompes immergées. Il faut noter en outre, à son avantage, que le prix d’une telle unité (et donc la part des investissements consacrée à la protection et au diagnostic de leur fonctionnement) décroît avec l’importance de l’installation, en épargnant des coûts de réparation d’autant plus élevés.
