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RÉSUMÉ
Les normes IEC 61508 et 61511 permettent de caractériser la performance d'un équipement de sécurité (61508) et d'une fonction instrumentée de sécurité (61511) en évaluant son niveau de SIL (Safety Integrity Level). Il existe quatre niveaux de SIL, le niveau 4 renvoyant au niveau le plus « élevé », le niveau 1 au niveau le plus « faible ». Un système de SIL « n », a une probabilité de défaillance à la sollicitation comprise entre 10-n et 10-(n+1). Pour déterminer le niveau de SIL d'une fonction instrumentée de sécurité, il est nécessaire de calculer la probabilité de défaillance. L'article explicite la manière dont il est possible d'évaluer la probabilité de défaillances à la sollicitation à l'aide de formules de calcul simplifiées ou à l'aide de la méthode arbre de défaillances.
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Today IEC 61508 and IEC 61511 are the central standards for the specification, design and operation of Safety Instrumented Systems (SIS). There are four levels of risk reduction, ranging from SIL 1, the lowest, to SIL 4, the highest. Safety Integrity Levels are order-of-magnitude bands of risk reduction. IEC 61508 and IEC 61511 contain much useful information and guidance for safety improvement in the use of safety systems. This paper discusses how to assess the probability of failure with simplified formulas or a fault tree.
Auteur(s)
-
Olivier IDDIR : Ingénieur analyse de risques industriels - TECHNIP France - Service expertise et modélisation – Division procédés et technologie
INTRODUCTION
Afin d'éviter que des phénomènes dangereux tels que des incendies, des explosions ou encore des rejets de matières dangereuses, pouvant occasionner des dommages sur les personnes, l'environnement ou les biens, les industriels sont amenés à mettre en place des Mesures de Maîtrise des Risques (MMR) dont le rôle est de prévenir l'apparition de tels phénomènes ou d'en limiter les conséquences.
L'article [SE 4 057] présente les différentes couches de protection pouvant être mises en œuvre afin de réduire les risques dans le but de les rendre acceptables. Parmi ces couches de protection, se trouvent les Systèmes Instrumentés de Sécurité (SIS). L'article [SE 4 057] présente différentes méthodologies qui permettent de définir la probabilité de défaillance maximale admissible pour une MMR. D'une manière générale, ces méthodologies sont basées sur des analyses quantitatives lorsque les risques sont importants et sur des méthodes semi-quantitatives pour les risques moins importants.
Une fois la probabilité de défaillance maximale admissible déterminée, il est nécessaire de définir l'architecture du SIS permettant d'atteindre cette valeur. Pour ce faire, les normes CEI 61508 et CEI 61511 peuvent être utilisées. En revanche, il est important de souligner que les formules de calcul présentées dans ces normes ne sont pas les seuls outils pouvant être utilisés pour évaluer la probabilité de défaillance d'un SIS.
Cet article a pour objectif de rappeler les principales formules de calculs proposées dans ces normes et de les comparer à des formules simplifiées. Il est à noter que les calculs présentés dans cet article ont pour vocation de permettre une première évaluation des probabilités de défaillances. En aucun cas de telles évaluations ne peuvent se substituer aux résultats d'une réelle analyse SIL.
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MOTS-CLÉS
Système instrumenté de sécurité (SIS) Redondance Probabilité de défaillance à la sollicitation (PFD) IEC 61508 IEC 61511 Mode commun de défaillances
KEYWORDS
Safety Instrumented Systems (SIS) | Redundancy | Probability of Failure on Demand (PFD) | IEC 61508 | IEC 61511 | Common cause failure
VERSIONS
- Version archivée 2 de nov. 2015 par Olivier IDDIR
- Version courante de sept. 2024 par Olivier IDDIR
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion3. Évaluation de la probabilité moyenne de défaillance d'un SIS
3.1 Formules de calcul de la PFD average issues la norme CEI 61508
La norme CEI 61508-6 propose des formules calculs permettant d'évaluer la PFD moyenne (PFDavg) à la sollicitation pour quelques redondances KooN. Le tableau 4 présente ces formules. Ces dernières font intervenir :
-
des composantes du taux de défaillances dangereuses (λDD et λDU) ;
-
le type d'architecture ou redondance majoritaire (KooN) ;
-
le taux de couverture des défaillances dangereuses (DC) ;
-
la période de test (TI) ;
-
du temps moyen de réparation (MTTR) ;
-
des pourcentages de défaillance de mode commun pour les systèmes redondants (β, βD).
Afin de mieux appréhender les notions de taux de défaillances dangereuses détectées (λDD) ou encore le taux de défaillances dangereuses non détectées (λDU), la figure 4 présente la répartition du taux de défaillances total (λT). Les défaillances dangereuses sont celles qui sont en mesure d'inhiber la fonction de sécurité.
En fait, seules les défaillances dangereuses non détectées sont susceptibles d'empêcher un système de remplir sa fonction de sécurité. Les défaillances sûres sont celles qui font passer un système d'un état normal vers un état dégradé, sans pour autant inhiber la fonction de sécurité. En revanche, ce type de défaillance est susceptible d'être à l'origine de déclenchement intempestif de la fonction de sécurité.
Afin de bien caractériser les défaillances dangereuses, il est indispensable de bien définir au préalable la fonction de l'équipement de sécurité.
Si un capteur de température a pour fonction de détecter une augmentation de température, alors une cause de défaillance dangereuse est une dérive basse. Si une logique de sécurité est basée sur un système à relayage, alors un relais collé constitue une cause de défaillance dangereuse pour un « relais dit à manque » (contact s'ouvrant pour l'exécution de la sécurité).
Pour simplifier les formules, lorsque le MTTR est faible devant...
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