Alimentations statiques ininterrompues - Guide européen

CEMEP

AlimentationsStatiques Ininterrompues

Guide Européen

p. 1 / 32 - ASI GUIDE EUROPÉEN

CEMEP

La section onduleurs du CEMEP

Le CEMEP regroupe les principaux constructeursd’Onduleurs en Europe par le biais des associationsnationales.

Le CEMEP représente les constructeurs d’Onduleursauprès de la Commission Européenne.

M. Pekka LEHMUSKOSKI, Président

M. Jean-Marc MOLINA, Secrétaire Général

11-17 rue Hamelin – 75783 Paris Cedex 16

Tél. : 01 45 05 71 40 – Fax : 01 47 55 66 97

Membres ANIE / ASSO Italie www.anie.itAUTOMAZIONE

ANIMEE Portugal www.animee.pt

AGORIA Belgique www.agoria.be

FEEI Autriche www.feei.at

GIMELEC France www.gimelec.fr

GAMBICA Grande Bretagne www.gambica.org.uk

SERCOBE Espagne www.sercobe.es

SET Finlande www.electroind.fi

ZVEI Allemagne www.zvei.org

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ASI

Guide

européen

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Présentation du CEMEP

Le CEMEP est un comité européen fondé par lesprincipales associations européennes dans le domainede l’électronique de puissance.

Cette organisation permet aux constructeursd’électronique de puissance de coordonner leursactions au niveau européen. Les principaux thèmessont : l’évolution du marché, la normalisation, lapromotion, les relations avec d’autres produits etgroupes professionnels.

Ils peuvent ainsi agir ensemble face aux directives de l’Union Européenne et autres sujets de politiqueindustrielle et parler d’une même voix. Le CEMEPcomprend cinq secteurs :

■ moteurs basse tension

■ moteurs moyenne tension

■ variateurs de vitesse

■ onduleurs

■ redresseurs chargeurs

Le CEMEP est composé des associations nationalessuivantes :

Allemagne : ZVEI

Autriche : FEEI

Belgique : AGORIA

Espagne : SERCOBE

Finlande : SET

France : GIMELEC

Grande-Bretagne : GAMBICA / PSMA / REMA

Italie : ANIE / ASSO AUTOMAZIONE / AsDE / ASPE

Portugal : ANIMEE

Pourquoi un guide onduleurs ?

Les PC et NC, comme les logiciels associés, ont étédéveloppés pour une large gamme d’applications.

Les utilisateurs ont besoin de plus en plus de protégerleurs matériels informatiques, maintenant stratégiquespour eux, contre d’éventuels et divers défautsd’alimentation électriques. Ceux-ci peuvent engendrerdes coûts très élevés et significatifs pour les utilisateursqui doivent être informés des capacités del’équipement dont ils disposent en matière de sécurité.C’est le premier objectif de ce guide.

Quelque soit le domaine d’application, industrie,banques, télécoms, transport, contrôle de la circulation,hôpitaux, l’onduleur semble être la solution la plusappropriée pour la sécurité de l’alimentation.

D’un côté, la plupart des constructeurs d’onduleursproposent une large gamme de produits et d’un autrecôté, l’onduleur s’est doté de nouvelles capacités enmatière d’informatique et de communication luipermettant à la fois de s’intégrer dans la gestion desréseaux informatiques et d’être connecté à une GTB(Gestion Technique du Bâtiment) pour un télé-contrôleet une télé-maintenance.

Les améliorations et les capacités de l’onduleurdevraient aussi être expliquées à l’utilisateur. C’est là le second objectif de ce guide.

En résumé, les onduleurs ont plusieurs avantages pourassurer un haut niveau de qualité et de disponibilité ducourant et peuvent offrir maintenant une gamme deservices, en accord avec les exigences de l’utilisateur.

Il est clair que ce document européen, basé sur desnormes européennes et sur des caractéristiquescommunes aux principaux constructeurs européens,aidera beaucoup d’utilisateurs dans leur exploitation.

Nous remercions les membres du groupe de travail ad hoc de la section Onduleurs du CEMEP, M. BEAUDET (France), M. COLLINS (Grande Bretagne),M. CAPPELLARI et M. MORIA (Italie), qui ont élaboré ce premier document européen sur les onduleurs aunom de tous les constructeurs européens.

Jean-Marc MOLINA

Secrétaire Général du CEMEP


1 Les problèmes d’alimentation et les solutions p. 6

1.1 Les problèmes d’alimentation p. 6

1.1.1 La situation actuelle p. 6

1.1.2 Des équipements toujours sensibles p. 7

1.2 Des solutions pour les problèmes d’alimentation p. 7

1.2.1 Les protections intégrées à l’équipement p. 7

1.2.2 Filtres, transformateurs d’isolement et régulateurs de tension p. 8

1.2.3 Alimentation en courant continu p. 8

1.2.4 Les groupes tournants ou alimentations dynamiques p. 9

1.2.5 Les alimentations statiques sans interruption (ou onduleurs) p. 9

2 Réglementation européenne p. 12

3 Normalisation p. 13

3.1 Sécurité p. 13

3.2 Compatibilité électromagnétique p. 13

3.3 Fonctionnement p. 13

3.4 Autres normes p. 13

3.5 Certification aux systèmes de qualité p. 13

4 Topologies p. 14

4.1 ASI fonctionnant en double conversion p. 14

4.2 ASI fonctionnant en double conversion avec bypass p. 15

4.3 ASI fonctionnant en interaction avec le réseau p. 15

4.4 ASI fonctionnant en attente passive p. 15

Sommaire


5 Caractéristiques techniques p. 16

5.1 Puissance de l’ASI p. 16

5.1.1 Puissance apparente (VA ou kVA) p. 16

5.1.2 Puissance active (W ou kW) p. 16

5.1.3 Facteur de crête p. 17

5.1.4 Surcharge p. 17

5.1.5 Paramètres de fonctionnement p. 17

5.1.6 Evolution p. 17

5.2 Rendement p. 18

5.3 Harmoniques de courant en entrée p. 18

5.4 Niveau sonore p. 18

5.5 Dimensions et facilité de maintenance p. 18

5.6 Degré de protection p. 18

5.7 Paramètres de fiabilité p. 19

5.7.1 MTBF p. 19

5.7.2 MTTR p. 19

5.8 Technologie des batteries p. 19

5.8.1 Considérations générales sur les concepts pouvant induire en erreur sur la puissance p. 21

5.8.2 Module pour définir le besoin p. 21

6 Communication p. 22

6.1 Communication locale p. 22

6.2 Communication à distance p. 22

7 Options p. 23

7.1 Transformateur d’isolement galvanique p. 23

7.2 Autotransformateur additionnel p. 23

7.3 Solutions pour réduire les harmoniques du courant d’entrée de l’ASI p. 23

8 Recommandations pour l’installation d’onduleurs de moyennes et fortes puissances p. 24

8.1 Type de réseaux p. 24

8.2 Protections p. 24

8-3 Protection d’un circuit de départ et sélectivité p. 25

8.4 Limitation du courant de sortie de l'onduleur p. 25

8.5 Dimensionnement du conducteur de neutre p. 25

8.6 Isolation du neutre p. 25

8.7 Groupes électrogènes p. 25

8.8 Batteries p. 25

8.9 Arrêt d’urgence p. 25

8.10 Ports de communication p. 26

8.11 Charges non-linéaires p. 26

9 Maintenance et services p. 27

9.1 Pourquoi le service est-il essentiel ? p. 27

9.2 Support avant-vente p. 27

9.2.1 Analyse de charge p. 27

9.2.2 Analyse de l’environnement technique p. 27

9.3 Installation p. 28

9.4 La mise en service p. 28

9.5 Les contrats de maintenance p. 28

9.6 Le support après vente p. 28

9.7 La télémaintenance p. 29

9.8 La formation client p. 29

10 Glossaire p. 30

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Les problèmes

d’alimentation

et les solutions

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1 Les problèmesd’alimentation et les solutions

1.1 - LES PROBLÈMES D’ALIMENTATION

1.1.1 - La situation actuelle

La sophistication croissante des systèmes informatiqueset industriels automatisés, l'augmentation de leursperformances comme, par exemple, la rapidité detraitement des informations, l'interconnexion en tempsréel des systèmes de télécommunications,le fonctionnement permanent et automatisé, font qu'ilssont de plus en plus vulnérables et dépendants de leuralimentation électrique.

Cette énergie électrique est distribuée sous formed'ondes constituant un système sinusoïdal monophaséet triphasé, caractérisé par :

■ la fréquence,

■ l'amplitude,

■ la forme (distorsion de l'onde),

■ la symétrie du système.

Si, au départ des centres de production, l'onde detension est pratiquement parfaite, il peut ne plus enêtre de même chez l'utilisateur où plusieurs types deperturbations peuvent être constatés (fig. 1) :

■ parasites,

■ variations de tension,

■ variations de fréquence,

■ micro-coupures, coupures.

Nous ne reviendrons pas sur l'origine de cesperturbations liée aux moyens de transport etdistribution de cette énergie, à l'environnementatmosphérique (orage, givre, vent, ...) ou industriel(avaries de machines, récepteurs polluants, incidentssur le réseau, ...).

Ainsi, malgré l'amélioration constante des réseaux dedistribution et de la qualité du "produit électricité",les perturbations restent nombreuses et il ne seraitd'ailleurs pas économiquement justifié, ni d'ailleurstechniquement réalisable de les supprimercomplètement.


1.1.2 - Des équipements toujours sensibles

Là aussi, des progrès très importants ont été réaliséspar les constructeurs de matériels pour les rendremoins sensibles à toutes ces perturbations (meilleureimmunité aux parasites, tolérance de creux de tensionatteignant 20 à 30%, voire de coupures brèves de 5 à10 ms).

Mais, à l'inverse, la sophistication croissante denombreuses applications informatiques ou industrielles,l'utilisation d'automatismes performants, lefonctionnement en continu de process industrielsrendent les conséquences de ces perturbations de plusen plus graves.

Il faut alors parler en termes de manques à produire,d'altérations de la qualité des produits, de risquesgraves pour les biens et les personnes, voire de surviede la société puisque des études ont montré qu'unesociété sur deux ne survit pas à un sinistre informatiquegrave.

Ainsi dans ce domaine de l'informatique, une enquêterécente réalisée chez nos voisins britanniques par leNational Computing Center chiffre le coût moyen d'undéfaut d'alimentation électrique de 15 à 50 K€, soitplus que la foudre ou le vol.

Par exemple, tout serveur et son disque dur associédoivent être alimenté par une ASI :

■ Le répertoire de fichiers du serveur, dans beaucoupde systèmes, est hébergé dans une RAM pour desraisons de facilité d’accès. Une microcoupure peutl’effacer complètement.

■ L’environnement UNIX nécessite que tous les fichiersdu système soient ouverts en permanence dans laRAM. Si l’alimentation disparaît, mêmemomentanément, le système opératoire peut avoirbesoin d’être réinstallé, ainsi que les logicielsd’application.

La protection du serveur est seulement la premièreligne de défense, les stations de travail nécessitentégalement une protection par ASI contre les coupuresde courant.

Moins visibles, donc plus pernicieux sont aussi les effetsqui se traduisent par un vieillissement prématuré dumatériel, une dégradation de sa fiabilité et de sadisponibilité.

Ainsi certains constructeurs informatiques accordent àleurs clients, équipés d'onduleurs, une réduction ducoût de leurs contrats de maintenance.

Car nous allons voir que plusieurs moyens deprotection ou de désensibilisation de ces équipementsexistent.

1.2 - DES SOLUTIONS POUR LES PROBLÈMES D’ALIMENTATION

1.2.1 - Les protections intégrées àl’équipement

De nombreuses solutions techniques existent et lechoix de l'utilisateur devra se faire en fonction deplusieurs paramètres (coût, type de perturbation,caractéristique de l'équipement à protéger ou de ladistribution électrique sur le site, criticité del'application à protéger, ...).

Notre démarche ira du plus simple au plus performantou plus universel.

Ces protections existent mais sont souvent réduites àdes protections contre les parasites les plusfréquemment rencontrés, les baisses de tension ou lescoupures brèves (au moyen de piles, condensateurs oubatteries).

Toutefois, pour les matériels courants, l'efficacité de cessolutions est assez limitée et peut se borner à uneprotection (non destruction) de l'appareil, à un arrêt"propre" ou à une sauvegarde de données essentielles.Elles permettent rarement la continuation dufonctionnement normal de l'équipement sensible.

En effet, la continuation de fonctionnement enl'absence de source normale pendant plus de 10 à20 ms va nécessiter l'utilisation instantanée d'unesource de remplacement utilisant l'énergie stockéedans un volant d'inertie ou des batteriesd'accumulateurs.

Il faut bien constater que ces deux moyens restentaujourd'hui les seuls faciles à mettre en oeuvre pourstocker une énergie permettant de remplacer unesource de puissance supérieure à quelques centaines dewatts. Nous verrons leur fonctionnement etcaractéristiques dans la partie consacrée aux interfacesd'alimentation sans interruption.

Les moyens logiciels

Ces moyens sont bien entendu utilisés dans leséquipements mettant en oeuvre des traitementsnumériques de l'information (ordinateurs, calculateurs,automates programmables, équipements detélécommunications et de contrôle de process).

Leur utilisation se limite la plupart du temps à réduireou supprimer les conséquences de la perturbation auniveau du matériel ou de l'application par des moyenstels que :

■ la sauvegarde systématique et régulière desinformations sur un support permanent non sensibleaux perturbations

■ des procédures automatiques d'arrêt et/ou deredémarrage de l'équipement


■ l'auto-surveillance de l'alimentation par la machinepour détecter toute perturbation altérant sonfonctionnement et alerter l'exploitant ou reprendre uneséquence interrompue, voire dans un process prendreune décision au niveau du produit en coursd'élaboration (rejet ou reprise).

Ces moyens logiciels trouvent leurs limites dans lesmachines travaillant en temps réel, en réseau avecinterconnexion permanente et échange de données, oupour les process continus pour lesquels un arrêt del'équipement en cours de process pourra se traduirepar des risques de sécurité (industrie chimique oupétrochimie par exemple), des pertes de productionimportantes ou des pertes d'informations irréversibles.

Il faut aussi noter que ces moyens nécessitent desprogrammes et des mémoires supplémentaires etpeuvent quand même entraîner un arrêt long del'application : une micro-coupure peut entraîner unarrêt même "propre" d'un atelier de production oud'un ordinateur pendant plusieurs minutes, voire plus.

1.2.2 - Filtres, transformateurs d’isolementet régulateurs de tension

Lorsque des solutions intégrées à la machine n'ont pasété prévues par le constructeur ou se révèleraient tropcoûteuses à mettre en oeuvre pour chaque appareil, lasolution est bien souvent d'ajouter une interfaced'alimentation entre le réseau et l'application oul'ensemble des applications à protéger (protectioncentralisée).

a) Filtres

Le filtre est la solution la plus simple. Il réalise uneprotection contre les perturbations et parasitesd’origine électromagnétique, radioélectrique et lesperturbations atmosphériques (il peut être associé à unparafoudre).

Il n’aura aucun effet contre les variations de tensions etfréquence ainsi que contre les micro-coupures.

b) Transformateurs d’isolement

Un transformateur d’isolement équipé d’un écranélectrostatique permet d’obtenir une réduction desbruits parasites haute fréquence en mode commun ettransverse.

Le niveau d’atténuation atteint sera fonction de laqualité de la conception et de la réalisation dutransformateur. Là encore, aucune protection n’estapportée contre les autres perturbations.

Toutefois, le transformateur d’isolement permet dansune installation électrique de limiter les courants defuite en les localisant aux circuits alimentés par lesecondaire. L’utilisation de certains couplages pour les

transformateurs triphasés permet également desupprimer certains courants harmoniques au primaire(harmonique 3 et multiples de 3).

c) Régulateurs de tension et conditionneurs de réseau

Le régulateur de tension maintiendra constante latension de sortie malgré les variations affectant satension d’alimentation.

Il en existe deux types :

■ Les régulateurs de type ferro-résonnant,

■ Les régulateurs électro-mécaniques.

Les critères à prendre en compte dans l’évaluationdes performances d’un régulateur sont la plage derégulation, les réponses aux variations de charge,la rapidité et la souplesse de régulation.

Si les régulateurs résolvent bien les problèmes dus auxvariations de tension, ils sont souvent inefficaces contreles bruits de parasites.

Pour répondre à ce problème, la solution consiste àcombiner transformateur d’isolement et régulateur detension : c’est ce qui est fait dans le conditionneur deréseau.

Il existe deux grands types de conditionneurscorrespondant aux deux différentes technologies derégulation de tension présentée précédemment : les conditionneurs ferro-résonnants et lesconditionneurs à commutation statique des prises.

S’ils répondent bien aux problèmes des variations detensions importantes et de bruits parasites, lesconditionneurs sont totalement impuissants face auxmicro-coupures (>10 ms), coupures et variations defréquence auxquelles seuls les systèmes dits "àautonomie" peuvent remédier.

1.2.3 - Alimentation en courant continu

Cette solution est surtout utilisée pour les systèmes desécurité, certains matériels de télécommunications etl’alimentation de relais ou contacteurs.

Cette alimentation se compose d’un redresseur et d’undispositif de stockage de l’énergie :

■ condensateur pour des durées inférieures à1 seconde,

■ batteries d’accumulateurs pour les durées supérieures.

Ce système est simple et présente un bon rendementmais nécessite un appareil ayant une alimentationpermanente en courant continu dans des tensionsallant de 12 à 220 V. Dans le cas d’une solution desecours centralisé, il va également nécessiterl’installation d’une distribution en courant continuséparée.


1.2.4 - Les groupes tournants oualimentations dynamiques

Il existe différents types d’alimentations sansinterruption rotative, mais toutes utilisent un ensemblemoteur-alternateur, l’alternateur alimentant la chargecritique.

L’une de ces versions combine un moteur et unalternateur associé à un convertisseur statique trèssimple . Ce convertisseur filtre les perturbationsprincipales et ne régule que la fréquence de sortie deson signal (généralement sous forme de signal carré)qui alimente ensuite un ensemble moteur / générateur.

Ce moteur / générateur génère un signal de sortiesinusoïdal en utilisant la fréquence du convertisseurcomme référence.

Une seconde version combine une machine synchrone(régulateur / générateur), un couplage inductif et unmoteur diesel avec embrayage.

Les solutions dynamiques (rotatives) sont utilisées pourles installations de forte puissance (au-dessus de 300 à500 kVA) et plus particulièrement pour des applicationsindustrielles.

Les arguments souvent mis en avant pour ces solutions"dynamiques" sont les suivants : courant de court-circuit élevé, isolation galvanique et faibleindépendance interne.

Mais les désavantages principaux de ces alimentationsrotatives sont le niveau de bruit élevé (70 à 95 dBa), leremplacement des roulements avec un tempsd’interruption long, les dimensions importantes et lepoids élevé.

1.2.5 - Les alimentations statiques sans interruption (ou onduleurs)

Plus de 25 ans après leur apparition, les alimentationsstatiques sans interruption (ASI), plus communémentappelées "Onduleurs", représentent plus de 95% desventes d’interface d’alimentation avec autonomie etplus de 98% pour les applications informatiques etélectroniques sensibles.

Nous rappelons brièvement leur fonctionnement, leurmise en oeuvre et les possibilités techniques offertesaux utilisateurs, pour terminer par les évolutionstechniques et perspectives d’avenir.

a) Rappel du fonctionnement

Placés en interface entre le réseau et les applicationssensibles, les alimentations statiques sans interruptionalimentent la charge avec une tension permanente, dehaute qualité, quelles que soient les caractéristiques duréseau.

Les ASI délivrent une alimentation fiable, débarrasséede toute perturbation, avec des tolérances compatiblesavec les exigences des appareils électroniques sensibles.

Les ASI peuvent également délivrer cette tension fiablede manière indépendante au moyen d’une sourced’énergie (batterie) qui est généralement suffisantepour assurer la sécurité des biens et des personnes.

Les alimentations statiques sont constituées de troissous-ensembles principaux :

■ un redresseur - chargeur transformant la tensionalternative en courant continu,

■ une batterie d'accumulateurs (en général au plomb)permettant de stocker de l'énergie et de la restituerinstantanément en cas de besoin pendant 5 à 30 mn,voire plus,

■ un onduleur statique, convertissant cette tensioncontinue en une tension alternative parfaitementrégulée et filtrée en fréquence de tension.

Solution Transfo. Régulateur Conditionneur Groupe

Perturbations d’isolement synchrone

Parasites secteurs ✗ ✗ ✗

Variations de tension ✗ ✗ ✗

Variations de fréquences

Micro-coupures ✗

Coupures franches ✗


c) Mise en parallèle et redondance

Dans des installations de moyenne et forte puissance, il est possible d’associer plusieurs chaînes en parallèle :

■ pour constituer une alimentation de puissancesupérieure à celle disponible en chaîne unitaire

■ pour augmenter la fiabilité de l’alimentation enprévoyant une ou plusieurs chaînes en redondance

Des solutions très élaborées sont également possiblespour améliorer la fiabilité ou simplifier l’utilisation de lamaintenance.

d) Les bénéfices pour l’utilisateur

Amélioration du rendement

Les utilisateurs, soucieux de diminuer leurs coûtsd’exploitation, sont très attentifs aux dépenses enénergie de leur installation, donc aux pertes de leur ASIdont le fonctionnement est généralement permanent.Et cela d’autant plus que les pertes doivent, en quelquesorte, être payées deux fois : kWh consommés parl’appareil et kWh dépensés dans le dispositif deventilation ou climatisation.

D’où, depuis quelques années, une véritable chasse auxpertes pour les constructeurs en gagnant avec chaquenouvelle technologie quelques points de rendement.

Adaptation aux charges déformantes

Depuis plusieurs années, avec l’apparition desalimentations à découpage, la plupart des chargesinformatiques ou électriques sont des charges nonlinéaires ou "déformantes".

C’est-à-dire que leur courant n’est pas sinusoïdal etpeut avoir un très fort contenu d’harmoniques.

Ce courant présente, de plus, un facteur de crête élevé (2 à 3.5) et un facteur de puissance de 0.65 à 0.8.

Toutes ces données ont été rapidement prises encompte dans la conception des nouveaux onduleurspar les constructeurs, grâce en particulier à lagénéralisation des onduleurs à modulation de largeurd’impulsion (MLI).

L’impédance de sortie de différentes sources enfonction de la fréquence montre que l’onduleur MLI estla meilleure solution : l’impédance de sortie est trèsbasse jusqu’aux hautes fréquences et la distorsion de latension de sortie due aux courants non sinusoïdaux estnégligeable.

On peut donc dire que pour des onduleurs récents decette technologie, le problème des chargesdéformantes est connu et maîtrisé et ne nécessite pasde déclassement.

Pour des appareils dépassant 1 ou 2 kVA, ces troisfonctions peuvent être complétées par deséquipements complémentaires : un contacteur statiqueen cas de surcharge ou défaut de l'onduleur, un by-pass mécanique de maintenance permettant d'isolercomplètement l'onduleur et différentes options pour lasignalisation, la maintenance, voire la télémaintenance.

b) Mise en œuvre des onduleurs

Depuis de nombreuses années, l’onduleur est devenuun élément à part entière de la distribution d’énergiehaute qualité du client. Tous ces éléments ont étéconçus par le constructeur pour s’intégrer parfaitementdans le schéma électrique du site, qu’il s’agisse d’unealimentation de 250 VA pour alimenter un micro-ordinateur dans un bureau ou une installation trèscomplexe de 2000 kVA dans un grand centreinformatique tertiaire ou la protection d’un atelier defabrication.

Le schéma présente un exemple d’installationélectrique basse -tension protégée par un onduleur. On notera, en particulier, la présence d’un groupeélectrogène bien souvent complémentaire del’alimentation statique.

En effet, il va permettre en cas de coupure très longued’augmenter l’autonomie fournie par la batterie, celle-ci assurant bien entendu la continuité del’alimentation pendant le démarrage du groupe et 10 à 15 mn d’autonomie permettant en cas de nondémarrage de celui-ci d’effectuer toutes les séquencesd’arrêt normal de l’utilisation.

Ces deux technologies sont bien complémentaires etnon concurrentes comme on pourrait le penser etfabricants de groupes électrogènes et fabricants d’ASIsont souvent amenés à collaborer lors de la conceptiond’une installation importante pour définir ensemble lescaractéristiques des machines (puissances, séquencesde fonctionnement,…)

● ASI Unitaire

Réseau BT

Groupe électronique

Tableau général BT

ASI

Interrupteur Statique

By-pass manuel

Charge

G

Figure 1


Intégration dans les systèmes de communicationet de gestion des informations techniques.

Les paramètres de fonctionnement, informations etalarmes de l’alimentation sont digitalisés, stockés ouaffichés sur l’écran de l’ASI. Ils peuvent ainsi être trèsfacilement transmis à distance et traités dans dessystèmes allant du simple coffret de signalisationjusqu’au système complexe de gestion techniquecentralisées du bâtiment. Cette G.T.C traite aussi bienles paramètres de la gestion d’énergie (distribution MT,BT ou groupes électrogènes) ou de la protection de ladistribution.

La source de secours est bien un élément clé de ladistribution d’énergie de haute qualité et l’utilisateurpeut connaître à chaque instant le nombre de micro-coupures, la puissance consommée, le nombred’onduleurs en fonctionnement ou l’intensitéconsommée par phase.

L’utilisation des microprocesseurs permet aussi d’établirun dialogue permanent avec l’ordinateur alimenté : ilexiste de plus en plus entre l’onduleur et l’applicationinformatique une liaison informatique en plus de laliaison électrique. Le système informatique peut alors,en fonction des informations reçues de l’onduleur(durée de coupure, charge, autonomie de la batterie,retour du secteur,…), déclencher des procéduresautomatiques (clôture de fichiers, arrêt depériphériques, séquence de redémarrage,…) ; tout cela,bien entendu, sans intervention de l’opérateur.

Cela a nécessité une collaboration importante etpermanente entre les constructeurs d’ASI etd’ordinateurs pour mettre au point des logiciels decommunication adaptés aux très nombreux standardsdu marché.

Dans bien des cas, l’onduleur est plus proche dupériphérique informatique que de l’armoire électrique.Mais comment s’en étonner quand on sait quel’onduleur est de plus en plus souvent installé dans lebureau ou la salle informatique, près du système àalimenter.

Amélioration de fiabilité et de maintenabilité

Indéniablement, la fiabilité des matériels a connu unetrès forte amélioration ces deux dernières années paramélioration de la qualité et des performances descomposants de puissance (transistors, thyristors),diminution du nombre de composants par intégrationdes fonctions (circuits intégrés, microprocesseurs,ASIC,…), maîtrise de schémas de plus en plus élaborés.

Toutefois, on ne peut jamais exclure un risque depanne.

Dans cette situation, un diagnostic précis et un tempsde réparation court prennent toute leur importance. Là aussi, les microprocesseurs apportent des avantages

décisifs : diagnostic précis et identification du sous-ensemble en défaut, indication en clair à l’utilisateurdes corrections à apporter y compris à distance parligne téléphonique, Minitel ou système propre dediagnostic sur micro-ordinateur.

Le télédiagnostic étant fait, la réparation doit êtrerapide : les fonctions les plus cruciales deviennentfacilement démontables ou débrochables pourremplacer en quelques minutes un module.

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Réglementation

européenne

Normalisation

Topologies

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2 Réglementationeuropéenne

Toutes les ASI mises sur le marché depuis le 1er janvier1977 doivent porter la marque CE et être conformesaux deux directives européennes applicables :

■ Directive Basse tension 73/23/EEC

■ Directive CEM 89/336/EEC (avec ses amendements)

Il n’est pas nécessaire pour une ASI d’être conforme àd’autres directives (produits de construction oudirective machines) sauf si un contrat spécial l’exige.



3.2 - COMPATIBILITÉÉLECTROMAGNÉTIQUE

C'est la capacité des ASI à fonctionner sans êtreperturbé (immunité) et sans perturber (émission) lesautres équipements par les émissionsélectromagnétiques véhiculées par les câbles électriqueset émises par les enceintes (voir figure 2).

La norme EN 50091-2 constitue la référence, elledéfinit les procédures d’essais et les valeurs limites.

3.3 - FONCTIONNEMENT

Le document de référence est la norme expérimentaleEN 62040-3. C'est une norme qui permet la bonnecompréhension entre les constructeurs et lesutilisateurs en ce qui concerne les caractéristiques et lesméthodes de mesure.

3.4 - AUTRES NORMES

D'autres normes concernent l'installation des ASI :

■ HD 384/IEC 364-X-X : installation électrique des bâtiments

■ EN 60439/IEC439-1 : interrupteurs à basse tension

■ EN 60529-1/IEC529 : degré de protection procuré par les enceintes

Pour "l'installation des batteries" il est nécessaire de seréférer aux réglementations nationales.

3.5 - CERTIFICATION AUX SYSTÈMES DE QUALITÉ

Les constructeurs d’ASI peuvent adhérer à un Systèmede Qualité en ce qui concerne leur structure, leurorganisation, les procédures, les méthodes et lesressources mises en œuvre dans le but de gérer leurpolitique de qualité.

La conformité avec la norme de référence UNI EN ISO 9000 est certifiée, elle est contrôlée enpermanence par un tiers appartenant à un organismeaccrédité. Il s’assure que le Système de Qualité estdirigé vers les clients, les utilisateurs finaux, lesfournisseurs et les partenaires extérieurs à la société.

3 Normalisation

Le CENELEC et l’IEC sont les organismes denormalisation reconnus, respectivement au niveaunational, européen et également au niveauinternational.

Les normes européennes concernant les ASI constituentune référence au niveau national, européen etinternational, elles garantissent la conformité avec lesdirectives du marquage CE.

3.1 - SÉCURITÉ

La norme EN 50091-1-X prescrit les exigences de baseen ce qui concerne la sécurité.

Décharges électrostatiques IEC 61000-2-2

Emission par rayonnement électromagnétique EN 50091-2

Emission par conduction EN 50091-2

Immunité aux champs électromagnétiques IEC 61000-2-3

Immunité aux conductions- transitoires IEC 61000 -2-4 - parasites IEC 61000 -2-5- signaux basse fréquence IEC 61000-4-1

Figure 2


4 Topologies

Différentes ASI ont été développées pour satisfaire les besoins des utilisateurs en continuité et qualité detension, pour différents types de charges et pour unelarge gamme de puissance allant de quelques centainesde watts à plusieurs mégawatts.

La classification qui suit est contenue dans la normeeuropéenne EN 62040-3 qui définit des configurationsd’ASI par leurs performances.

CODE DE CLASSIFICATION

Il existe trois codes définissant les configurations lesplus courantes :

■ VFI(Tension et fréquence de sortie indépendantes duréseau d’alimentation) pour lequel la sortie de l’ASI estindépendante du réseau de l’alimentation. Les variations de tension et de fréquences restent dansles limites de la norme EN 61000-2-2. Ainsi conçu, ce type d’appareil peut fonctionner enconvertisseur de puissance (voir section 4.1 – 4.2 pourexemple de cette configuration).

■ VFD(Tension et fréquence de sortie dépendantes du réseaud’alimentation) pour lequel la sortie de l’ASI estdépendante des variations de tension et fréquence duréseau (voir section 4.4 pour un exemple de cetteconfiguration).

■ VI(Tension de sortie indépendante du réseau) pour lequella sortie de l’ASI est dépendante des variations defréquence du réseau, mais qui assure une régulation desvariations de tension par un dispositif de régulationélectronique ou passif en fonctionnement normal (voirsection 4.3 pour un exemple de cette configuration).

NOTE La norme EN 61000-2-2 définit les niveaux normauxd’harmoniques et de distorsion que l’on peutrencontrer sur le réseau public BT aux bornesd’alimentation de l’utilisateur avant raccordement d’unéquipement donné.

La norme EN 62040-3 décrit les principales fonctionsd’une ASI. La fonction de base d’une ASI estd’alimenter en permanence une charge et peut êtreréalisé avec différentes architectures et différentsmodes de fonctionnement. Les caractéristiques de cestopologies sont décrites dans les paragraphes quisuivent.

4.1 - ASI FONCTIONNANT EN DOUBLE CONVERSION

En mode normal de fonctionnement, la charge estalimentée en permanence par la combinaisonconvertisseur/onduleur fonctionnant en mode doubleconversion soit c.a / c.c et c.c / c.a.

Lorsque l’entrée c.a (courant alternatif) est horstolérance prédéfinie de l’ASI, celle-ci commence àfonctionner en mode énergie stockée pendant lequel lacombinaison batterie / onduleur continue à alimenter lacharge pendant la durée du temps d’autonomie oujusqu’à ce que l’entrée c.a revienne dans les tolérancesprédéfinies pour l’ASI.

NOTE Ce type est souvent désigné comme une "ASI on-line",indiquant que la charge est toujours alimentée par leconvertisseur, quelles que soient les conditions de latension d’alimentation. Ce terme "on-line" signifiant également "connecté auréseau", ce terme devrait être évité pour prévenir touteconfusion et le terme ci-dessus être seul utilisé.

● ASI fonctionnant en double conversion avec bypass

**

Entrée alternative*

Convertisseur ca/cc***

Chargeur de batterie (optionnel)

Batterie

OnduleurTension continue

By-pass

Inverseur statique

Sortie alternative

Mode mormal

* Les bornes d’entrée peuvent être communes

** diode ou interrupteur à thyristor

*** le convertisseur peut assurer la charge

Mode autonomie

Mode by-pass

Figure 3


4.2 - ASI FONCTIONNANT EN DOUBLE CONVERSION AVEC BYPASS

Par adjonction d’un bypass, la continuité d’alimentationde la charge peut être améliorée par activation d’unbypass à l’aide d’un interrupteur de transfert dans lescas suivants :

a) Défaut de l’ASI

b) Transitoire de courant de la charge (courant d’appelen courant d’élimination des défauts)

c) Surcharge

4.3 - ASI FONCTIONNANT EN INTERACTION AVEC LE RÉSEAU

En mode de fonctionnement normal, la charge estalimentée en tension régulée par une connexionparallèle entre le réseau alternatif et l’onduleur del’ASI. Cet onduleur est opérationnel pour délivrer unetension de sortie régulée et / ou assurer la recharge dela batterie. La fréquence de sortie est alors dépendantede la fréquence d’entrée du réseau.

Lorsque la tension d’entrée c.a est hors des tolérancesprédéfinies de l’ASI, l’onduleur et la batteriemaintiennent la continuité d’alimentation de la chargeen mode de fonctionnement "énergie stockée" et uninterrupteur isole l’entrée c.a pour éviter tout courantde retour venant du convertisseur.

L’appareil fonctionne en mode "énergie stockée"pendant la durée permise par la charge de la batterieou jusqu’à ce que la tension d’alimentation c.a viennedans les tolérances prédéfinies pour l’ASI.

4.4 - ASI FONCTIONNANT EN ATTENTE PASSIVE

En mode de fonctionnement normal, la charge estalimentée par le réseau d’alimentation c.a primaire. Des dispositifs additionnels peuvent être incorporéspour assurer un conditionnement de la tension, parexemple un transformateur ferro-résonnant ou untransformateurs à changement de prise automatique. La fréquence de sortie est dépendante de la fréquenced’entrée.

Lorsque la tension alternative d’alimentation est horstolérances prédéfinies de l’ASI, celle-ci passe en mode"énergie stockée". L’onduleur est alors activé et lacharge transférée sur le convertisseur, directement ouvia un interrupteur d’ASI qui peut être électronique ouélectro-mécanique.

L’ensemble batteries / convertisseur assure la continuitéd’alimentation de la charge pendant la durée del’autonomie de la batterie ou jusqu’à ce que la tensionalternative d’entrée revienne dans les tolérancesprédéfinies, ce qui entraîne le transfert en retour de lacharge sur le secteur.

NOTE Ce type d’ASI est souvent désigné comme une ASI"Off-line", ce qui signifie que l’énergie réguléeélectroniquement n’alimente la charge que lorsque latension alternative du réseau est hors tolérance. Leterme « off-line » signifie également « non connectéau réseau » alors qu’en fait la charge est alimentéeprioritairement par le réseau en mode defonctionnement normal. Pour éviter toute confusion dans le fonctionnement, ceterme devrait être évité et la dénomination ci-dessusutilisée.

Batterie

Bypass

Entrée alternative

Interface de puissance

Convertisseur

Interrupteur d’ASI

Sortie alternative

● ASI fonctionnant en interaction avec le réseau avec by-pass

Mode normal

Mode autonomie

Mode by-pass

Figure 4

Entrée alternative

Chargeur de batterie

Batterie

Convertisseur

Interrupteur d’ASI

Sortie alternative

● ASI fonctionnant en attente passive

Mode normal

Mode autonomie

Figure 5

▲

Caractéristiques

techniques

Communication

Options

▼


5 Caractéristiquestechniques

5.1 - PUISSANCE DE L’ASI

La connaissance des paramètres suivants a un rôledéterminant dans le dimensionnement de la puissancede l’ASI.

5.1.1 - Puissance apparente (VA ou kVA)

Elle est définie par la formule :

S = U x I pour les utilisations monophasées

S = (UL1 x IL1) + (UL2 x IL2) + (UL3 + IL3) pour les utilisations triphasées

Où U est la tension I est le courant absorbé par les utilisations dansdes conditions normales (EN 50091-1-X)

Cette information figure généralement sur lesdocuments joints aux équipements et/ou sur lesplaques de firme, il est cependant possible que cettevaleur soit surdimensionnée.

La puissance nominale apparente d'une ASI estspécifiée en VA ou kVA avec FP (Facteur de Puissance)lié au courant non sinusoïdal prélevé par les utilisations.

5.1.2 - Puissance active (W ou kW)

Elle est définie par la formule :

P = S x FP

Où FP est le Facteur de Puissance.

La valeur de P ou celle de FP des utilisations n’estgénéralement pas indiquée, le dimensionnement del’ASI exige dans ce cas d’effectuer la mesure de Pabsorbée par les utilisations. L'expérience montre queles utilisations typiquement constituées par du matérielinformatique ont un FP compris entre 0.65 et 0.8.


5.1.3 - Facteur de crête

Une utilisation de type "charge linéaire" absorbe uncourant de forme sinusoïdale caractérisé par une valeurefficace (I RMS habituellement mesuré et indiqué) etune valeur maximale (Ipk).

Le Facteur de Crête est défini comme

IPKFC =

IRMS

La valeur normale pour un courant linéaire est FC = 1,414.

La plupart des utilisations alimentées par les ASI sontde type charges non-linéaires : elles absorbent uncourant déformé avec une valeur de FC plus grandeque 1,414, elles imposent à l’onduleur des pics decourant. De ce fait, elles risquent de conduire à unealtération de la sinusoïde de tension de sortie del’onduleur. La valeur du Facteur de Crête (FC) n'estpratiquement jamais indiquée et il peut-être nécessairede la mesurer. La norme EN 50991-1-X, § M15, considère commecharge typique non-linéaire une utilisation possédantun FC = 3, cette valeur est utilisée pour réaliser lesessais des ASI. Cette valeur peut être retenue enabsence d'autres données.

5.1.4 - Surcharge

Les surcharges sont des demandes (en généraltemporaires) de puissance qui excèdent la valeurnormale (nominale) et qui sont provoquées par leséquipements utilisateurs.

5.1.5 - Paramètres de fonctionnement

Dans le dimensionnement d'une ASI, les conditionsd’exploitation suivantes doivent être prises en compte :

S

Puissance nominale apparente d'une ASI. Elle doit être égale ou plus grande que la somme totaledes puissances S des utilisations.

P

Puissance nominale active d'une ASI. Elle doit être égale ou plus grande que la somme totaledes puissances P des utilisations.

AVERTISSEMENT Ne pas se baser sur "la puissance informatique", (voirglossaire)

FC

Il est nécessaire de vérifier que l’ASI est dimensionnéepour alimenter des charges non-linéaires avec FC(facteur de crête) égal à ou supérieur au FC del'ensemble des utilisations et que l'altération provoquéesur la sinusoïde de tension en sortie de l’onduleur estcompatible avec les utilisations alimentées.

Surcharge

Il est nécessaire d'évaluer quantitativement les risquesde surcharge et de contrôler que l'ASI peut lessupporter, en tenant compte de la capacité desurcharge de l'onduleur.

Si les utilisations provoquent une surcharge plusimportante ou de durée plus longue que celle admisepar l'ASI, deux solutions sont possibles :

■ choisir une ASI de puissance supérieure,

■ accepter que durant le temps de la surcharge lesutilisations soient alimentées directement à partir duréseau par le commutateur automatique (by-pass).

NOTE Lors du fonctionnement sur by-pass, si le réseaudisparaît ou est hors tolérance, les utilisations ne serontplus alimentées. Pour éviter les surcharges lors du démarrage desutilisations, il est conseillé de les mettre en serviceprogressivement.

Température d'exploitation

Si la température ambiante est plus élevée que cellepréconisée par le constructeur, la puissance nominalede l'ASI peut être déclassée selon les données dufabriquant.

AVERTISSEMENT Le choix de la puissance de l’ASI doit être effectué entenant compte de la température d'exploitationindiquée par les différents constructeurs d’ASI.

5.1.6 - Evolution

Après détermination de la puissance de l’ASI, il peutêtre conseillé d’augmenter celle-ci afin de prévoirl’évolution de la puissance des équipements àalimenter.

En général une réserve de puissance de 30 % peut êtreconsidérée comme normale.


5.4 - NIVEAU SONORE

L’installation d’une ASI ne doit pas modifier lesconditions de vie dans son environnement. Il fautprendre en compte que le niveau sonore acceptable,mesuré conformément à la norme ISO 3746, doit êtrede :

■ 52 dBA dans un bureau

■ 60 dBA dans un local informatique,

■ 65/75dBA dans un local technique électrique.

5.5 - DIMENSIONS ET FACILITÉ DE MAINTENANCE

Dimensions réduites et compacité signifient :

■ réduction de la surface nécessaire pour réaliserl'installation, un critère qui est d’autant plus importantque suivant le lieu, le coût par mètre carré de surfacetechnique est élevé,

■ facilité et diminution des coûts de transport et demanutention.

Une installation adéquate facilite les interventions demaintenance même lorsqu’il s’agit d’ASI de petitespuissances.

5.6 - DEGRÉ DE PROTECTION

Il est défini par la norme EN 60529 "Degrés deprotection procurés par les enveloppes" (le code IP)contre l'accès aux parties dangereuses et contrel’introduction d’objets étrangers (caractérisé par lepremier chiffre et la lettre complémentaire facultative)et contre la pénétration des liquides (caractérisé par ledeuxième chiffre et la lettre complémentairefacultative)

International

Protection

Protection contre les contacts directs

Figure 6 : exemple d'IP

Pas de protection contre les liquides

I P 2 0

5.2 - RENDEMENT

Le rendement (R) est le rapport entre la puissance utile(PU) délivrée par l’ASI et la puissance absorbée (PA) enentrée de l’ASI.

PUR =

PA

Durant le fonctionnement de l’ASI, l'énergie dissipée,principalement sous forme de chaleur, représente uncoût d’énergie supplémentaire.

Il peut être nécessaire, particulièrement pour les ASI demoyennes et grandes puissances (60 kVA et au dessus)de climatiser l’environnement, ce qui entraîne uneconsommation supplémentaire d’énergie.

Coût annuel de la puissance électrique dissipée pourune utilisation donnée :

Coût d'Énergie = PU x (1R - 1) x H x c

Où

PU est la puissance utile (kW) délivrée par l’ASI auxutilisations.

R est le rendement de l'ASI pour le niveau de chargeutilisée et donc n'est pas nécessairement le rendementà charge nominale.

H est le nombre d’heures de fonctionnement, par an, àce niveau de charge,

C est le coût unitaire de l’énergie électrique par kWh.Si on souhaite tenir compte de la climatisation, le résultat obtenu doit être multiplié par un facteur de 1.3.

5.3 - HARMONIQUES DE COURANT EN ENTRÉE

Selon la technologie utilisée par le redresseur incorporédans l’ASI, celui-ci peut absorber un courant nonsinusoïdal contenant des harmoniques, qui sont lesmultiples de la fréquence nominale (50 Hz).

Le paragraphe 7-3, concernant les options, proposedes solutions pour réduire les harmoniques de couranten entrée de l’ASI.


5.7 - PARAMÈTRES DE FIABILITÉ

5.7.1 MTBF

Le MTBF (Mean Time Between Failure : Temps moyenentre deux pannes) est un paramètre pour évaluer lafiabilité de l’ASI. Il représente l’estimation du temps defonctionnement satisfaisant de l’ASI entre deux pannes.Le MTBF dépend de divers facteurs comme lesconditions météorologiques auxquelles l'équipementest soumis, l’altitude, la fiabilité des composants utiliséset leur taux d'utilisation, les particularités deconception et le niveau de redondance (dans lessystèmes en parallèle).

5.7.2 MTTR

Le MTTR (Mean Time To Repare : le Temps Moyen PourRéparer) est un paramètre pour évaluer la facilité deréparation d’une ASI et donc du temps pendant lequelelle sera hors service pour une remise en état.

Le MTTR représente en fait le temps moyen deréparation estimé, celui-ci dépend, en grande partie, dela conception de l’ASI pour sa facilité de remplacementdes pièces et des sous-ensembles, mais aussi deséquipements intégrés facilitant le diagnostic. Il est à noter que le MTTR dépend également de ladisponibilité (stock) des pièces de rechange sur le site.

Les valeurs du MTBF et du MTTR doivent être prises enconsidération uniquement à titre d’information, eneffet, ces données peuvent varier dans des plagesimportantes compte tenu du fait qu’elles dépendent denombreux facteurs associés.

5.8 - TECHNOLOGIE DES BATTERIES

Les batteries sont normalement fournies avec les ASI etpeuvent être installées dans la même armoire. Dans cecas, le fournisseur garantit l’autonomie pour lapuissance apparente et le facteur de puissance pourlesquels elles ont été définies.

Les batteries sont généralement au plomb àrecombinaison de gaz (couramment appelées "auplomb étanche"). Elles ne nécessitent pas d’appointd’électrolyte et possèdent un très faible taux dedégagement de gaz. Elles sont donc appropriées pourl'installation dans des bureaux et des locaux publicssans besoin de précautions particulières.

Ces batteries sont généralement installées dansl’enceinte de l’ASI ou dans des armoires électriques ;leur durée de vie dépend des conditions d'utilisation(par exemple, la température ambiante ne doit pasexcéder 25°C) mais également de leur conception etde leur qualité.

Dans certains cas, pour des installations de grandespuissances ou exigeant de longues autonomies, desbatteries "au plomb ouvert" peuvent être employées.

Elles exigent une installation dans un local approprié etnécessitent une maintenance régulière pour lasurveillance et l’appoint du niveau de l’électrolyte.

Les batteries au Cadmium-Nickel peuvent aussi êtreutilisées, elles sont appropriées pour un usage dans lesenvironnements particulièrement difficiles :température de -30° à +60°C ou avec des contraintesimportantes au point de vue mécanique et électrique.Leur durée de vie est de 15 à 20 ans, mais leur coût est5 fois plus élevé que celui des batteries au plomb.


TECHNOLOGIE

ETANCHEà recombinaisonde gaz

PLOMB OUVERT

ELECTROLYTE

Séparateursmicroporeux

Gélifié

Liquide

DUREE DE VIEA 20°C

3-5 ans(plaques planes)


>10 ans(plaques planes)


12 ans(plaques planes)

15 ans(plaquestubulaires)

>20 ans(plaques typePlanté)

APPLICATIONS

● Usage général● Jouets● Alarmes ● ASI

● Usage généraldans desconditions deperformances et sécurité noncontraignantes

● Eclairage desécurité

● ASI● Systèmes

d’alarme

● Télécommunica-tion, Nucléaireet installationsde puissance

● ASI● Application

nécessitant ungrand niveau de sécurité

● Usage généraldans desconditions deperformances et sécurité noncontraignantes

● ASI grandepuissance

● Télécommuni-cation

● Energierenouvelable

● Eclairage desécurité

● Génération depuissance

AVANTAGES

● Pas de localspécifique

● Installationfacile

● Pas de contrôlede niveaux

● Energie hautedensité

● Faibledégagement de gaz

● Moins decontraintes demaintenance

● Choix important enterme de tailleet dedimensions

● Durée de vieimportante

● Bacstransparentspour une facilitéde diagnostic

● Possibilité destockage sanscharge durantune longuepériode

INCONVENIENTS

● Plus sensible aux élévations de températures

● Nécessite une tension de charge debonne qualité

● Pas depossibilitéd’effectuer un contrôleinterne

● Période de stockagelimitée

● Installation dans un localspécifique

● Nécessite desopérations demaintenance

● Besoin de remise àniveau del’électrolyte

● Densité del’énergie limitée

● Dégagementsgazeux


5.8.1 - Considérations générales sur les concepts pouvant induire enerreur sur la puissance

La puissance nominale des ASI peut parfois : êtredéfinie comme "puissance informatique" ou accolée àd’autres qualificatifs (switching power, actual power)mais aussi soumise à des conditions particulières detempérature, etc …,

Ces valeurs paramétriques sont arbitraires et n'ontaucune relation avec la puissance apparente ou lapuissance active ; elles ne peuvent pas être définiesquantitativement et ne doivent donc pas être utiliséespour un dimensionnement correct de l'ASI.

5.8.2 - Module pour définir le besoin

Le module suivant (tableau 3) peut être utilisé pourdemander l'offre d'une ASI.

Tableau 3 : définition du besoin

ENTRÉE

■ Tension d'entrée 380-400-415V - autre (spécifier)

■ Fréquence d'entrée :50-60 Hz- autre (spécifier)

UTILISATION (données de la plaque du constructeur, si disponible)

■ Tension de l’utilisation :380-400-415V- autre (spécifier)

■ Fréquence de l’utilisation:50-60 Hz- autre (spécifier)

■ Puissance apparente(VA) :

■ Facteur de puissance :

■ Puissance active (W) :

■ Facteur de Crête :

■ Surcharge (%) :

Brève description des utilisations :

■ Technologie de l'information (ordinateurs,imprimantes…), éclairage, équipements detélécommunication, équipements médicaux…

■ Evolution future de puissance (%)

BATTERIE

■ Autonomie (minutes) :

■ Type de Batterie : plomb étanche, ouvert, Cd Ni

■ Durée de vie (années) normale 3 - 5 longue vie 8 - 10- autre (spécifier)

ENVIRONNEMENT

■ Température d'exploitation

■ Local ASI

■ Local batterie


6 Communication

Les ASI deviennent de plus en plus des éléments actifsdes systèmes de communication. Intégrée dans unenvironnement, l’ASI doit devenir un périphérique dusystème capable d’envoyer des informations suivant lesbesoins de l’utilisateur. Ces informations doivent êtresûres et fournies avec efficacité grâce à l’utilisationd’un microprocesseur.

La communication peut être divisée en deux types :Local et à Distance.

6.1 - COMMUNICATION LOCALE

Indications Lumineuses

De simples voyants d’indications sur la face avant del’appareil fournissent un état immédiat des conditionsde l’ASI et se révèlent suffisants pour des ASI de petitepuissance même si aujourd’hui les constructeursintègrent une interface de communication de typeRS232 ou USB à l’ensemble de leurs gammes.

Afficheur Alphanumérique

Pour obtenir des informations spécifiques sur le modede fonctionnement de l’ASI et sur ses paramètresélectriques, il peut être intéressant d’équiper l’ASI d’unafficheur alpha numérique afin de posséder desinformations très précises. Cet afficheur pourra êtreintégré ou déporté de quelques mètres de l’ASI pourpar exemple connaître l’état de l’ASI sans avoir àpénétrer dans le local technique. De plus, il est possibled’intégrer des fonctions spéciales relatives à l’utilisationet au diagnostic de l’ASI. Cette solution est utiliséeprincipalement sur des appareils de puissance moyenneet supérieure.

6.2 - COMMUNICATION À DISTANCE

Informations à distance par contacts secs(libres de potentiel)

Si l’utilisateur ne dispose pas d’un accès aisé à l’ASI,celle-ci peut être équipée avec des signaux afin deconnaître à distance un diagnostic sur les conditions defonctionnement de base (généralement : "alarme desynthèse", "défaut secteur", "batterie basse"…)

Cette information peut être transmise à un systèmed’information du Client ou sur un boîtier report alarmefourni avec l’ASI.

Contacts secs Gestion technique centralisée

Coffret de signalisation à distance

Imprimante

Ordinateur personnel Télémaintenance

Figure 7


7 Options

D’autres options sont disponibles et peuvent êtreagréées par le fabricant d’ASI afin d’optimiserl’installation.

Il est possible de compléter la version standard de l’ASIpar l’ajout d’options afin de répondre aux demandesspécifiques du client.

7.1 - TRANSFORMATEUR D’ISOLEMENT GALVANIQUE

L’ASI peut être utilisée sans transformateur d’isolementgalvanique, le schéma du neutre est alors inchangéentre l’entrée et la sortie de l’ASI pour modifier leschéma du neutre, un transformateur peut être installé.

7.2 - AUTOTRANSFORMATEUR ADDITIONNEL

Quand la tension secteur ou la tension requise parl’utilisation est différente des valeurs standards de l’ASI,un autotransformateur peut être utilisé pour adapter latension.

7.3 - SOLUTIONS POUR RÉDUIRE LES HARMONIQUES DU COURANT D’ENTRÉE DE L’ASI

■ Redresseur 12 pulses. Le redresseur est doublé et alimenté par untransformateur à double enroulement de sortie ; le déphasage obtenu permet la réduction desharmoniques les plus dangereuses.

■ Redresseur avec PFC (Power Faction Central). Filtre actif absorbant un courant de faible distorsionharmonique. Cette technologie est utilisée surtout surles ASI de petite puissance.

■ Filtres à résonance. Installés à l’entrée de l’ASI, le filtre à résonancemagnétique piège les harmoniques au niveau de l’ASI,évitant ainsi leur circulation sur l’alimentation secteur.

Communication ASI/Utilisateur

Par l’utilisation de contacts ou par une liaison série,l’ASI peut être interfacée avec le système d’informationde l’utilisateur afin d’assurer l’arrêt ordonné dessystèmes de fichier en cas de coupure de secteur oupour transmettre des informations sur l’environnementde l’ASI aux utilisateurs.

Communication série

Pour des informations plus détaillées de l’ASI àdistance, l’information peut être déportée vers unafficheur alphanumérique ou directement vers un PC.Dans ce cas, l’information est dispensée par une liaisonsérie de type RS232 ,RS422 ou RS485 garantissant unecomplète transmission des informations au travers d’unsimple fils. L’interface série peut également être utiliséepour transmettre une plus grande quantitéd’informations, que dans le cas d’une liaison locale,sans limite de distance. L’installation peut utiliser tousles éléments compatibles avec ces standards : modem téléphonique, fibre optique ou tous les outilspermettant d’accéder à des sites éloignés.

Dans certains cas, il est plus facile de connecter l’ASI àun système de supervision en utilisant un réseau (LANou WAN) existant. Dans ce cas, il sera nécessaired’utiliser une carte ou un boîtier d’interfaçage de typeSNMP (SNMP : Simple Network Management Protocol)pour un report d’information vers une plate forme desupervision grâce à l’utilisation d’une MIB(Management Information Bases) qu’elle soit standard(RFC1628) ou propriétaire.

Communication entre l’ASI et un centre de supervision

Le contrôle à distance de l’ASI peut être effectuédirectement par un centre de supervision duconstructeur. Le centre de supervision se connectera àl’ASI par le biais d’une ligne téléphonique standard(RTC) afin d’être informé de tout état d’alarme etd’assurer un contrôle préventif de l’appareil.Généralement, la communication est bi-directionnelle,le centre de supervision pouvant se connecter à l’ASI etl’ASI pouvant contacter le centre de supervision quandune alarme se produit. Le degré d’information peutégalement inclure l’enregistrement de paramètressignificatifs dans le cas d’événements particuliers.

▲

Recommandations

pour

l’installation

d’onduleurs

de moyennes et

fortes puissances

▼


8 Recommandationspour l’installationd’onduleurs de moyennes et fortes puissances

Cette section contient des informations généralestechniques destinées à des personnels qualifiés pour leraccordement permanent d’un onduleur au réseauélectrique.

Il ne peut pas y avoir de conflit entre les instructions decâblage du constructeur et les règles locales.

8.1 - TYPE DE RÉSEAUX

La plupart des onduleurs sont conçus pour être installéssur des réseaux électriques mono ou triphasés, où leneutre est connecté à la terre (régime TN ou TT). Dans d’autres cas (régime IT ou réseaux biphasés), ilfaut se renseigner auprès du constructeur ou dufournisseur sur la compatibilité des différents types deréseaux amont et aval de l’onduleur.

Pour ce type de configuration, l’installation d’untransformateur d’isolement permet généralementl’adaptation de régime de neutre. Il peut être également requis d’installer d’autresmatériels de protection sur votre installation (fusibles,disjoncteurs…).

8.2 - PROTECTIONS

Si l’on utilise des disjoncteurs comme système deprotection, il est recommandé d’utiliser des modèlesavec retard de déclenchement pour éviter desdisjonctions intempestives. Les causes sont multiples :

a) Le courant de démarrage de l’onduleur qui peutatteindre 8 fois la valeur du courant nominal. Cela peut aussi se produire si la charge est mise soustension alors que l’onduleur est commuté sur le réseaude contournement (by-pass).

b) Un courant de fuite à la terre. A la mise soustension, un déséquilibre entre phases peut se produireet un courant important vers la terre peut apparaître,provoquant le déclenchement des disjoncteursdifférentiels.


8.3 - PROTECTION D’UN CIRCUIT DE DÉPART ET SÉLECTIVITÉ

Lors de l’étude de la protection d’un départ, que ce soit à l’entrée ou à la sortie de l’ASI, l’avis dufabricant / fournisseur doit être recherché lorsque la coordination des protections doit être réalisée etlorsque cette information n’est pas disponible dans lesspécifications techniques du constructeur ou dans lemanuel d’installation.

8.4 - LIMITATION DU COURANT DE SORTIE DE L'ONDULEUR

Selon la technologie de l’onduleur, celui-ci peut êtredoté d’un système électronique de protection contreles surcharges en courant. Pour des raisons de sécurité,il est demandé que l’onduleur s’arrête en moins de5 secondes si la tension de sortie est devenue inférieureà 50% de la tension nominale. (EN 50091-1-X §2.7.1d)

8.5 - DIMENSIONNEMENT DU CONDUCTEUR DE NEUTRE

Dans le cas où des charges comme des alimentations à découpage sont connectées entre une phase et leneutre de la sortie d’un onduleur triphasé, des courantsharmoniques de rang 3 peuvent apparaître dans leconducteur de neutre. Tous les courants harmoniquesde chaque charge s’additionnent.

Dans cette situation, la section du conducteur deneutre doit être surdimensionnée selon les règleslocales ou selon l’IEC 364-524-02-01 (HD384). Cela s’applique également au circuit de by-pass.

8.6 - ISOLATION DU NEUTRE

La plupart des onduleurs utilisent le neutre du secteurcomme référence de neutre en sortie. Si untransformateur d’isolement est installé pour uneisolation galvanique ou un changement de régime deneutre, il faut veiller à ce que le neutre secteur soittoujours connecté alors que l’onduleur est en service.Ceci s’applique également au circuit de by-pass quandle neutre est commun entre l’onduleur et le by-pass.

8.7 - GROUPES ÉLECTROGÈNES

Les groupes électrogènes sont une alternative ausecteur. Un groupe devra être dimensionné et choisipour supporter des charges non linéaires etgénératrices d’harmoniques, notamment pour lasynchronisation.

8.8 - BATTERIES

Les batteries au plomb étanches ont des durées de viespécifiées pour un fonctionnement de 20 à 25°C.Cette durée de vie est réduite de moitié par 10°Csupérieurs à cette plage de température. Uneinstallation de climatisation est donc recommandée.

Si des armoires batteries additionnels sont installés, ilest nécessaire de prévoir une protection (DC) au plusprêt de la connexion de ces armoires. Il faut égalementprévoir un moyen d’isoler les batteries pour lamaintenance ou si plusieurs branches batteries sontinstallées en parallèle. Dans ce dernier cas, chaquebranche devra pouvoir être isolée indépendammentpour assurer la maintenance d’une branche pendantque les autres sont en fonctionnement normal.

Si aucune précaution d’installation n’est demandée parle constructeur, les règles locales d’installation alorss’appliquent. Dans certains cas, le constructeur peutimposer certaines règles d’installation pour être enconformité avec la législation sur la compatibilitéélectromagnétique (CEM). L’installateur devra alorsrespecter ces recommandations.

Les câbles servant à la connexion de l’onduleur aubatteries externes devront être dimensionnés demanière à ce que la chute de tension entre l’onduleuret les batteries n’excède pas la valeur maximumrecommandée par le fabricant / fournisseur.

8.9 - ARRÊT D’URGENCE

Pour des raisons de sécurité, l’onduleur doit être dotéd’un contact d’arrêt d’urgence. Ce contact peut êtreactivé à distance et permet l’arrêt total de l’onduleurdans des conditions particulières comme un incendie.

La norme EN 50091-1 comme d’autres règles localesimpose cet équipement.

Il faudra également prévoir une déconnexionautomatique de l’onduleur au secteur pour éviterl’activation du by-pass de l’onduleur.

D’autres procédés pourront être mis en œuvre si laréglementation locale l’autorise.


8.10 - PORTS DE COMMUNICATION

Les ports de communication de l’onduleur devant êtrereliés à des équipements informatiques externesutilisent des "très basses tensions de sécurité" selon lanorme EN 60950.

Ceci implique que la tension entre deux parties ducircuit de communication, ou bien entre une partie etla terre ne doit pas dépasser 42,4V crête à crête ou60Vdc.

Chaque ligne de communication devra être distante de25mm minimum d’une autre liaison (très basse tensionou non) afin de préserver l’intégrité de lacommunication et respecter les règles de compatibilitéélectromagnétiques.

8.11 - CHARGES NON-LINÉAIRES

La plupart des équipements connectés à un onduleursont des charges non-linéaires, tels que leséquipements informatiques sont alimentés par dessystèmes constitués d’un redresseur et d’uncondensateur. Le courant du secteur n’est utilisé quequand la tension du secteur dépasse la tension DC auxbornes du condensateur. Il en résulte un pic de courantde 3ms environ dont le facteur de crête peut aller de2,2 à 5. Ce signal est très riche en harmoniques.

Ce type de courant ne peut être mesuré que par desinstruments dits "Efficace Vrai", en anglais "True-RMS". L’utilisation d’un appareil à mesure de valeurmoyenne donnerait une valeur inférieure à la réalité.

Avec ce type d’alimentations, la forme d’onde et lavaleur crête du courant peut varier en fonction del’impédance du secteur (ou de la sortie de l’onduleur)et de l’énergie qui peut être emmagasinée dans lecondensateur à chaque demie période. Il n’est doncpas surprenant que ce courant diffère en fonction dumode de l’onduleur (On Line, Off Line, Boost…).

Si le facteur de crête est supérieur à √2 (ratio normalentre valeur efficace et valeur crête), cette déformationde la forme du courant peut également engendrer unedistorsion du signal en tension (aplatissement ausommet) et ceci à travers l’impédance de la source.

Il est par conséquent important de prévoir undimensionnement des câbles d’alimentation qui tiennecompte de ces courants ayant des facteurs de crêteimportants, afin d’éviter une chute de tension tropsensible provoquant une baisse de puissance DC dansl’alimentation de la charge. Cependant, la plupart des alimentations ont destolérances pour la tension d’entrée suffisammentélevées.

Cela s’applique particulièrement dans les régions où latension nominale du réseau est souvent à la valeurminimum admissible pendant de longues périodes, dufait des consommations de pointe dans le secteurd’installation des appareils.

Courant de charge non linéaire (facteur de crête de 2,5)

Tension de sortie

Figure 8 : tension et courant d’une charge non-linéaire


9 Maintenance et services

Un des facteurs les plus critiques dans le choix d’unonduleur est le support que le constructeur peut offrirà ses clients actuels et futurs. Voici quelques servicesimportants à considérer dans une installationonduleurs :

■ le support avant vente

■ l’installation et la mise en service

■ les contrats de maintenance

■ le support après-vente

■ la télémaintenance

■ training

9.1 - POURQUOI LE SERVICE EST-IL ESSENTIEL ?

Le client n’attend plus un simple produit pour répondreà son besoin, il cherche une solution.

Cette solution est une combinaison de services et deproduits. Ces services sont du type, conseil avant vente,expertise des sites, maintenance de l’onduleur et deson environnement…

9.2 - SUPPORT AVANT VENTE

9.2.1 - Analyse de charge

Avant tout choix d’onduleur, il est nécessaire de définiravec précision la charge protégée. La présence ducourant crête ou de démarrage peuvent en effetmodifier fortement leurs caractéristiques.

Les services techniques, équipés d’analyseursharmoniques, d’oscilloscopes à mémoire, aident sesclients à déterminer la charge et évite ainsi des sur-dimensionnements coûteux.

9.2.2 - Analyse de l’environnementtechnique

Le service technique vous aide :

■ à déterminer les disjoncteurs de protection à placersur les différents raccordements en fonction du courantnominal du circuit et du courant de court-circuit aupoint de l’installation,

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Maintenance

et services

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9.5 - LES CONTRATS DE MAINTENANCE

Réduire ce risque au minimum

Surveillance régulière des batteries

La raison d’être d’une installation onduleur est lafourniture d’un courant « pur » et sans interruption.L’achat de cette installation est la reconnaissancemême que l’application protégée est vitale. Il est alorsimportant de considérer le coût complet lié à unepanne de cette installation.

Pour ce faire, il faut intégrer bien sûr, le coût deréparation de l’équipement, mais également le coût liéau temps d’intervention et de réparation, et pendantlequel l’application critique n’est plus protégée, voiremême, plus alimentée.

Le contrat de maintenance a donc pour but de réduirece risque au minimum.

Il permet également, par une surveillance régulière desbatteries (dans le cas des contrats sites), d’effectuerune maintenance préventive et d’allonger la durée devie de votre investissement batterie. Les constructeursont développé une offre très large de contrat demaintenance faite pour s’adapter à tous les casindividuels.

Ces contrats varient, de contrat d’entrée de gammeincluant des visites de routine et excluant les pièces etla main d’œuvre, à des contrats tout compris etincluant un temps de réponse garanti.

Cette gamme, totalement adaptable, permet au clientd’optimiser au mieux son budget maintenance enfonction de son besoin, en terme de délaid’intervention et de maintenance préventive.

9.6 - LE SUPPORT APRÈS-VENTE

Une garantie que seul le constructeur peut fournir

Bien que les contrats de maintenance soient la solutionpréconisée par les constructeurs pour maintenir uneinstallation en parfait état, ils proposent des prestationsde dépannage et de réparation sur site performantes :

■ demande d’intervention prise en compte sur simpleappel téléphonique,

■ délai d’intervention court à partir de nombreuxcentres après-vente,

■ réparation rapide de par la technologie modulairedes appareils et le professionnalisme des techniciensaprès-vente.

■ à évaluer la section des câbles de raccordement enfonction de l’échauffement et de la chute de tensionadmissible,

■ à répondre aux exigences fixées par les normesinternationales dans les domaines des régimes deneutre et de la protection des personnes.

9.3 - INSTALLATION

Les services techniques vous aident à passer en revueles points clés de cette installation.

Ces points clés sont :

■ la possibilité d’accès,

■ le déchargement des équipements,

■ le branchement sur le réseau amont,

■ le branchement sur les tableaux de distribution,

■ le raccordement des batteries,

■ l'air conditionné / la ventilation.

9.4 - LA MISE EN SERVICE

Pour la conformité aux normes et le respect des règlesde l’art, les constructeurs d’ASI recommandent que lamise en service soit effectuée par leur propre serviceaprès vente pour les moyennes et grandes puissancesd’ASI.

Les opérations suivantes sont effectuées par lesingénieurs :

■ validation des mesures faites au cours du test deproduction,

■ test en charge,

■ test de décharge batterie,

■ formation du personnel du site,

■ rapport complet d’intervention.

Les points clés à valider avec le client sont :

■ dans le cas d’un besoin d’arrêt de l’informatique,quand faut-il le prévoir ? le soir ? le week-end ?

■ si les charges ne sont pas disponibles, qui fournira lescharges d’essais ?

■ qui assure la coordination entre les différentsfournisseurs ?


9.7 - LA TÉLÉMAINTENANCE

L’assurance tout risque

La télémaintenance est un service offert par quelquesconstructeurs d’ASI dans le cadre de leurs contrats demaintenance.

Cette liaison directe entre l’installation "onduleur" etl’équipe de maintenance exploite la synergie de deuxatouts de ces constructeurs :

■ l’intelligence des produits et leurs capacités decommunication,

■ l’excellence de la maintenance assurée par desspécialistes de haut niveau.

En cas de panne, l’équipe de maintenance estinstantanément alertée. Elle établit le diagnostic,prévient le client et dans le cadre du contrat intervientsans risque d’erreur, ni perte de temps.

9.8 - LA FORMATION CLIENT

Quelque soit le type de système onduleur installé, uneformation client doit être pratiquée.

Cette formation peut prendre plusieurs formes :

■ une information de base dispensée pendant la miseen service, comprenant les instructions de base defonctionnement de l’appareil, et l’utilisation du manueld’utilisation

■ une formation à l’exploitation et à l’entretien desonduleurs. Cette formation s’adresse aux personnes encharge de leur exploitation et leur entretien.

Voici un exemple du contenu de ce cours :

■ principes de l’onduleur

■ synoptique ON-LINE

■ caractéristiques des différents appareils

■ mise en service et raccordement

■ schéma général de l’installation

■ interface opérateur permettant les commandes

■ procédures de mise en service, marche, arrêt, by-passet diagnostic

■ localisation et étude par schémas -blocs des sous-ensembles de puissance

■ présentation de la commande électronique

■ exploitation des voyants ou des messages d’anomalie

■ environnement de l’onduleur

■ batteries : technologie, choix, entretien, installation

■ régimes de neutre.

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Glossaire

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10 Glossaire

CENELEC

Comité Européen de Normalisation Electrotechnique. Il élabore les normes européennes électroniques. Les constructeurs suivent généralement les normesCENELEC (EN) afin de se conformer aux directiveseuropéennes.

PUISSANCE INFORMATIQUE

Dans la définition de la puissance nominale d’un UPS,les paramètres de valeurs, définis comme "puissanceinformatique", "puissance de commutation","puissance effective", "puissance à valeur particulièrede température", sont parfois indiqués. Ces paramètresarbitraires n’ont aucune relation avec la puissanceapparente et avec la puissance active, ils ne peuventêtre quantifiés ou définis et ne peuvent donc pas êtreutilisés dans le choix de la taille de l’UPS.

EN

Norme Européenne. Ceux sont les normes européennesélaborées par le CENELEC dans le domaine del’électrotechnique.

DIRECTIVE EUROPEENNE

C’est une loi faite par l’Union Européenne qui doit êtreincorporée aux lois nationales des états membres. Il existe des directives horizontales concernant touttype de produits et des directives verticales élaboréespour certains types de produits uniquement.Actuellement les constructeurs électriques se réfèrentessentiellement à deux directives verticales :

- 89/336/EEC sur la compatibilité électromagnétique

- 73/23/EEC sur la sécurité

CEI

Commission Electrotechnique Internationale. Des commissions de normalisation de plusieurs payscontribuent à élaborer les normes CEI.

INDICE IP

Cela indique les protections décrites dans la normeEN 60529 "niveau de protection fourni par lesenveloppes (code IP)" contre les contacts de piècessous tension et l’entrée d’objets étrangers (le premierchiffre et une lettre additionnelle optionnelle) et contreles entrées d’eau (second chiffre et seconde lettresupplémentaire optionnelle).


CHARGE LINEAIRE (CHARGE NON LINEAIRE)

Une charge est dite "linéaire" quand le courantabsorbé présente la même forme que la tensiond’alimentation.

Une charge est dite comme "non linéaire" quand leratio tension / courant n’est pas linéaire.

Quand une charge non linéaire est alimentée avec unetension sinusoïdale, le courant est une impulsion.

Pour les UPS, une charge non linéaire normalisée estdéfinie pour les normes européennes par la normeEN 50091-1-X.

TEMPS D’AUTONOMIE TYPIQUE

Dans la définition du temps d’autonomie, la définitionde "temps d’autonomie typique" est souvent utilisée,ce qui n’a rien à voir avec le temps d’autonomie basésur une valeur de charge de 100%.


CEMEP11-17, rue Hamelin, F-75783 Paris CEDEX 16

Tel. + 33 1 45 05 70 70 - Fax : + 33 1 47 04 68 57 GIM

ELEC

PRO

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Documents

Alimentations statiques ininterrompues - Guide européen