Inverseurs normal/secours pour les sites raccordés à des réseaux électriques instables

La possibilité de surtensions et l'instabilité du réseau principal doivent aussi être prises en compte pour prévenir de futurs incidents, des dysfonctionnements de commutation ainsi que des coupures d'alimentation et des surcoûts qui en résultent.


Antonio Moreno, HIMOINSA Sales Engineer


Les caractéristiques de l'installation où se situera le groupe électrogène de secours fonctionnant en cas de défaillance du réseau principal jouent un rôle primordial dans le choix du système de commutation. Outre la puissance délivrée, la tension et la fréquence du réseau, l'emplacement précis et l'agencement de l'installation sont des facteurs qui se doivent d'être calibrés de manière optimale avant de prendre une décision. Un mauvais choix peut provoquer un dysfonctionnement, des coupures d'alimentation d'énergie et des surcoûts d'installation imprévus. Toutes les technologies disponibles sur le marché sont en mesure de fournir un système de commutation satisfaisant, mais sont-elles toutes adaptées aux emplacements disposant d'un réseau électrique instable ? Quels sont les paramètres à prendre en considération avant d'opter pour un système de commutation ou un autre ?



Systèmes de commutation et solutions standard en fonction de l'ampérage

Un inverseur normal/secours (INS) ou ATS (Automatic Transfer Switch) est un dispositif pourvu d'une sortie de puissance et de deux entrées d'énergie, la première entrée correspondant à la source principale (généralement le réseau électrique) et la seconde étant utilisée pour la source de secours (généralement un groupe électrogène). L'entrée principale de l'inverseur reste activée lorsque le réseau fonctionne normalement. En cas de défaillance ou lorsque les paramètres se trouvent hors de la plage établie, le système déconnecte cette entrée réseau et active l'entrée 

d'énergie du groupe électrogène pour assurer la continuité de l'alimentation, et ce jusqu'à ce que le réseau retrouve sa stabilité. Le cas échéant, le processus inverse est exécuté.

Plusieurs technologies sont aujourd'hui disponibles pour la mise en œuvre de la commutation en général, et tout particulièrement pour le basculement du réseau vers le groupe électrogène :



PAIRE DE CONTACTEURS

Il s'agit du système de commutation le plus simple du marché. Il est composé de deux interrupteurs électromécaniques qui établissent ou coupent le passage du courant dès que la bobine est alimentée en tension. 
PAIRE DE DISJONCTEURS MOTORISÉS


Ce système permet d'assurer la gestion des deux sources d'énergie pour réaliser une distribution alternative ou simultanée. Cette fonctionnalité en fait un système de commutation particulièrement utile sur les projets où il est possible de synchroniser la source de secours avec la source principale. Les disjoncteurs motorisés permettent un « retour sans coupure » à l'alimentation du réseau principal, évitant ainsi toute interruption de service pendant la commutation d'une source vers une autre. 

COMMUTATEUR MOTORISÉ

Contrairement aux deux technologies précédentes, ce système fait appel à un seul dispositif qui active une source d'énergie ou une autre à travers une commande électrique interne. Un montage facile, une grande durabilité et un grand nombre de manœuvres admissibles constituent les principaux avantages du commutateur. 




Le choix du système de commutation adéquat est généralement dicté par les dimensions de l'installation et par le budget. D'ordinaire, les solutions standard ci-dessous sont ainsi mises en oeuvre en fonction de l'intensité: 


Problèmes de commutation sur les sites présentant des réseaux électriques instables

Le transfert d'alimentation d'énergie entre le réseau et le groupe électrogène peut se trouver perturbé lorsque l'installation se trouve sur des sites raccordés à un réseau électrique instable. L'équipe d'ingénierie d'HIMOINSA a constaté que les coupures de courant fréquentes, et tout particulièrement les surtensions, provoquent des dommages et dysfonctionnements sur les inverseurs normal/secours munis de contacteurs à bobines en courant alternatif (Vca) ou du commutateur motorisé à commande électrique en courant alternatif.

Concernant l'utilisation de contacteurs, une augmentation significative des incidents a été observée sur les sites. Les montées soudaines de tension du réseau finissent par endommager les bobines du contacteur et par bloquer leur fonctionnement empêchant ainsi la commutation en cas de panne de courant.

Un grand nombre d'incidents a également été constaté au niveau des paires de sectionneurs et des commutateurs motorisés à commande électrique en courant alternatif. Dans ces cas précis, les dommages provoqués par les surtensions sur la commande électrique ou sur les bobines de déclenchement sont tels que le commutateur ne change pas de position même lorsqu'il en reçoit l'ordre, ce qui entraîne la coupure  totale de l'alimentation. Le problème s'accentue lorsque la tension d'utilisation se rapproche des valeurs de tensions limites de la plage de tolérance établie par le fabricant pour la commande électrique. 



Solutions de commutation les mieux adaptées en cas d'instabilité de l'alimentation principale d'énergie



Les défauts de commutation provoquent des chutes de l'alimentation en énergie, accompagnées des pertes financières qui en découlent pour l'utilisateur ainsi que des surcoûts engendrés par les réparations, alourdissant l'investissement de départ.

La solution la plus utilisée dans ces cas de figure consiste à intégrer des para-surtenseurs dans le design de l'installation. Même si ces dispositifs peuvent dans un premier temps résoudre le problème, ils ont également tendance à se détériorer à moyen terme lorsqu'ils sont exposés aux surtensions du réseau.

Pour réduire les incidents et garantir la qualité et la rentabilité de l'installation, HIMOINSA recommande des types d'inverseurs normal/secours spécifiques lorsqu'il est constaté que les installations se trouvent dans des régions exposées à des problèmes d'alimentation électrique fréquents. 


1.     Pour les intensités allant jusqu'à 3 200 A, l'usage de commutateurs motorisés à commande électrique en courant continu (Vcc) est préconisé en lieu et place du courant alternatif (Vca) pour permettre  leur immunité face aux variations de tension. De plus, la commande électrique doit être de 12 ou 24 Vcc en fonction de la tension auxiliaire du groupe électrogène.


2.    Pour des commutations supérieures à 3 200 A, l'utilisation d'une paire de disjoncteurs magnéto-thermiques motorisés bobines et commande électrique de 24 Vcc est recommandée.

En utilisant une alimentation en courant continu, les éléments de commutation les plus sensibles aux fluctuations du réseau électrique tels que les bobines et les commandes motorisées restent isolées et apportent ainsi une durabilité accrue à l'installation.

Mais quelle est la source en courant continu  qui doit alimenter ces éléments les plus sensibles ? La solution la mieux adaptée à chaque projet est essentiellement déterminée par un facteur clé : l'agencement de l'installation et la distance entre l'inverseur et le groupe électrogène. Pour savoir si la distance est excessive ou non, il faut se baser sur la section de câble nécessaire à la charge utilisée. Il s'agit également de prendre en compte la chute de tension maximum acceptable sur l'élément le plus restrictif de l'installation.

  •  Lorsque la distance entre l'inverseur normal/secours et le groupe électrogène est telle que la section de câble nécessaire est inférieure à 6-10 mm2, il est recommandé d'alimenter directement à partir des auxiliaires du groupe, à savoir les batteries.

  • Lorsque la solution précédente n'est pas envisageable et que le groupe électrogène est trop éloigné de l'installation, il est recommandé d'alimenter l'inverseur normal/secours par un système d'alimentation à courant continu spécifique, équipé de batteries et d'un chargeur de batteries. 



Conclusions

La puissance délivrée, la tension, la fréquence du réseau et le budget ne sont pas les seuls facteurs qui influencent le choix du système de commutation. La possibilité de surtensions et l'instabilité du réseau principal doivent aussi être prises en compte pour prévenir de futurs incidents, des dysfonctionnements de commutation ainsi que des coupures d'alimentation et des surcoûts qui en résultent. Le fait d'isoler les éléments les plus sensibles face aux variations de tension tels que les bobines et les commandes électriques des systèmes de commutation permet de d'éviter ces 

défaillances et de garantir le bon fonctionnement des inverseurs normal/secours installés sur des sites raccordés à des réseaux instables.

HIMOINSA fabrique des inverseurs normal/secours conçus pour assurer le transfert de l'alimentation d'énergie entre le réseau et le groupe électrogène et est en mesure de conseiller les clients sur l'installation la mieux adaptée aux besoins de leur projet. 



Antonio Moreno Carrasco. Ingénieur en mécanique spécialisé en installations électriques, il travaille depuis 2013 au service d'ingénierie commerciale d'HIMOINSA sur l'étude de la faisabilité technique et économique des projets spéciaux et prodigue des conseils sur la qualité et les coûts des solutions d'ingénierie, ceci afin d'adapter le produit aux exigences de chaque projet.