Groupe électrogène d'urgence - Construction, installation, maintenance et câblage

Un aperçu du groupe électrogène de secours

(Manuel Bolotinha)

Introduction au groupe électrogène d'urgence

Les hôpitaux, les aéroports, les centres commerciaux et les immeubles de bureaux, pour ne citer que quelques exemples, sont très sensibles , en ce qui concerne la sécurité des personnes et des biens , aux pannes de courant causés par des défauts en moyen (MV ) et basse tension (LV ) réseaux de distribution et même en haute tension (HV ^[1] ) réseaux de transmission .

Quand une panne de courant se produit est nécessaire que les systèmes de communication, l'éclairage de secours, les ventilateurs d'extraction de fumée, les stations de pompage d'eau de lutte contre l'incendie, la sécurité, l'éclairage dans les bâtiments et d'autres systèmes et équipements électriques critiques, désignés comme charges essentielles (ou critique ), continuer courir .

Pour résoudre de tels problèmes, solution commune est l'installation de LV groupes électrogènes diesel de secours , dont les applications, caractéristiques et procédures d'installation doit être conforme à CEI ^[2] Norme 60034.

Puissance nominale et mise à la terre du neutre du générateur de secours

Puissance nominale de groupes électrogènes de secours diesel BT ^[3] dépend du régime d'exploitation  :en veille , premier et continu , tel que défini dans ISO ^[4] Norme 8528.

En régime de veille la puissance disponible fournie par le groupe électrogène varie avec la valeur de la charge pendant le manque d'alimentation électrique normale et puissance de sortie moyenne est 70 % de puissance nominale en veille d'urgence . Fonctionnement typique de ce régime est de 200 heures par an avec un maximum de 500 heures par an .

En régime premier la puissance disponible fournie par le groupe électrogène varie avec la valeur de la charge pendant une durée illimitée et puissance de sortie moyenne est 70 % de puissance nominale principale . Demande de pointe type de 100 % d'ekW de premier ordre ^[5] avec 10 % de capacité de surcharge en cas d'urgence utiliser pour un maximum o f 1 heure toutes les 12 heures; fonctionnement en surcharge ne peut pas dépasser 25 heures par an .

En régime continu la sortie est disponible sans variation de charge pendant une durée illimitée . Puissance de sortie moyenne est 70 – 100 % de la puissance nominale continue . Demande de pointe type est 100 % de ekW nominale continue pour 100 % d'heures de fonctionnement .

Selon les définitions énoncées ci-dessus, il est facile de comprendre que le même groupe électrogène a des puissances nominales différentes pour chaque régime de fonctionnement . Puissance nominale en régime de veille est plus élevé que la puissance nominale en régime premier , qui est plus élevé que la puissance nominale en régime continu .

Puissance nominale degroupes électrogènes principal être défini en kVA ou kW pour un cos Φ (facteur de puissance) ^[6] =0,8 . Il faut aussi définir la fréquence du réseau (50Hz ou 60 Hz ).

Dans le tableau 1, à titre d'exemple, sont indiquées les valeurs de puissance nominale (kVA ) de certains groupes électrogènes du même fabricant et de la même série de fabrication , selon le régime d'exploitation (f =50Hz ).

Tableau 1 – Exemples de puissance nominale des groupes électrogènes de secours selon le régime de fonctionnement

En tant que réseau BT que le groupe électrogène wills electricly supplys est isolé et a des charges déséquilibrées , point neutre des enroulements de l'alternateur ^[7] est directement mis à la terre puisque ce système de mise à la terre neutre améliore le comportement de l'alternateur avec ces types de charges .

Construction et composants du générateur de secours

Considérations générales

Composants principaux d'un groupe électrogène sont (voir Figure 1) :

• Moteur
• Alternateur
• Assemblage principal/Cadre.
• Batterie de démarrage et chargeur.
• Système de lubrification.
• Systèmes de refroidissement et d'échappement, y compris le radiateur .
• Système de carburant.
• Régulateur de tension
• Tuyauterie d'échappement et silencieux.
• Panneau de contrôle et de surveillance.

Figure 1 – Principaux composants d'un groupe électrogène

Moteur

Le moteur qui doit être conforme à la norme ISO 3046 est une machine à combustion interne, à cycle à quatre temps et généralement alimentée au diesel (il y a aussi des modèles à essence ). La puissance du moteur doit être adapté pour la puissance nominale de l'alternateur .

Principaux composants du moteur sont :

• Régulateur de vitesse électronique , généralement avec une variation de ± 0,25
• Commande d'accélération et levier de marche et d'arrêt
• Anneau en acier standard pour assurer une connexion rigide au système de couplage de l'enceinte de l'alternateur
• Volant moteur et union élastique pour couplage alternateur

Le moteur doit commencer et travailler à au moins 8 heures à pleine charge , suivi de 1 heure de surcharge de 10 % dans les conditions de température spécifiées . Le moteur doit avoir un démarrage électrique , quelle heure ne doit pas être supérieur à 10 s .

Moteur refroidissement peut se faire par circulation d'air ou d'eau , en circuit fermé avec un radiateur . Pour améliorer le moteur démarrage il faut prévoir une huile, eau ou air comburant système de préchauffage (généralement des résistances ), qui doit fonctionner avec l'augmentation de température de graisse de carter .

Alternateur

L'alternateur est de type synchrone, mono ou triphasé, auto-excité, régulé et ventilé; la ventilation de l'alternateur doit être réalisée par une turbine coaxiale à arbre .

Les principales caractéristiques des alternateurs sont :

• Tension nominale :230 V (alternateurs monophasés ); 400/230 V (alternateurs triphasés ).
• Fréquence nominale :50 Hz ou 60 Hz .
• Puissance nominale (en fonction du régime de fonctionnement – voir la section 2).
• Facteur de puissance :généralement 0,8 .
• Classe d'isolation :généralement H .

Classe isolante d'alternateurs sont établis, selon la norme CEI 60085, en tenant compte de la température maximale que les enroulements peuvent supporter , puisque la température est souvent le facteur principal qui contribue au vieillissement des matériaux isolants . Dans le tableau 2 sont indiquées les classes d'isolation des alternateurs.

Tableau 2 – Isolation des alternateurs

Les autres caractéristiques des alternateurs qui doivent être prises en compte sont :

• Suppression des interférences radio.
• Distorsion harmonique :≤ 2 % décharger; ≤ 3,5 % avec charge équilibrée .
• Régulation de tension :±1,5 % pour les variations à vide et à pleine charge , facteur de puissance entre 8 et 1 et variations de vitesse de ± 4,5 % .
• Capacité à récupérer la tension jusqu'à 3 % de tension nominale en 3 s , à pleine charge est soudainement appliqué avec cos Φ =0,8 .
• Capacité à résister aux courants de court-circuit jusqu'à 300 % de courant nominal pendant 5 s avant l'actionnement des protections internes .

Autres composants et systèmes

Le cadre d'assemblage du moteur et alternateur (et même du réservoir de gasoil quotidien ) est généralement construit avec des profilés en acier standard , électrosoudés et supports anti-vibrations doit être installé ; ces profils doivent être calculés afin que l'auto-oscillation verticale doit être d'environ 7 Hz .

La batterie de démarrage est au plomb type et connecté à un chargeur de batterie qui assurera les frais de maintenance de la batterie et est normalement installé dans le panneau de contrôle et de surveillance .

Tuyauterie d'échappement doit inclure un silencieux (voir Figure 2) et une connexion flexible de la sortie d'échappement du moteur au tuyau de sortie . Le silencieux et la tuyauterie doivent être isolés thermiquement avec de la laine de verre recouverte d'une feuille d'aluminium .

Figure 2 - Tuyauterie d'échappement d'un groupe électrogène

Système de carburant inclut le réservoir quotidien (avec indicateur de niveau et commutateurs de niveau maximum et minimum ) et doit avoir une telle capacité qui assure le groupe électrogène travaille pendant une période définie , à puissance nominale à pleine charge pour le régime de fonctionnement établi.

Ce système peut également inclure une éventuelle citerne à gasoil, des pompes de transfert du réservoir journalier ( manuel et électrique ) et la tuyauterie requise .

Panneau de contrôle et de surveillance

Dans le panneau de contrôle et de surveillance il doit être installé l'équipement suivant :

• Équipement de mesure (ampèremètres ; voltmètres ; fréquencemètre ).
• Équipement de contrôle et de surveillance :boutons-poussoirs de démarrage et d'arrêt ; collecteur d'huile; thermomètre à eau.
• Interrupteur de commande avec 4 positions :Automatique/Manuel/Test/Hors service .
• Démarrer et arrêter le système automatique du groupe électrogène.
• Disjoncteur pour la protection de l'alternateur.
• Lampes de surveillance.
• Arrêt d'urgence système du moteur.
• Chargeur de batterie (voir Section 3.4).
• Équipements de contrôle et de surveillance pour tous les composants auxiliaires du groupe électrogène.

Procédures d'installation du groupe électrogène d'urgence

Groupes électrogènes sont généralement installés à l'intérieur , dans une salle dédiée , qui doit être équipé de grilles d'entrée et de sortie , calculé pour assurer le débit d'air requis pour le refroidissement de l'équipement .

Grille de sortie d'air est installé face au radiateur et doit permettre un démontage aisé pour la suppression du groupe électrogène . Dans les situations où il n'est pas possible d'assurer le débit d'air requis pour le refroidissement du groupe électrogène il est nécessaire d'installer un radiateur séparé depuis le moteur .

Dans ces situations, refroidissement du groupe électrogène se fait par circulation d'eau douce en circuit fermé , à l'aide d'une pompe centrifuge . Température est thermostatiquement contrôlée et dissipation thermique est réalisé par radiateur , installé sur le circuit primaire , et un ventilateur . Le radiateur doit avoir un faible niveau sonore et doit être monté sur des supports anti-vibrations .

La figure 3 donne un exemple de ce qui a été expliqué ci-dessus.

Figure 3 - Schéma d'installation d'un groupe électrogène avec radiateur séparé

Si le niveau de bruit du groupe électrogène est trop élevé selon la réglementation sur le bruit , à savoir dans des circonstances où l'équipement est installé à l'extérieur , le groupe électrogène doit être installé à l'intérieur d'une enceinte , comme le montre la figure 4.

Figure 4 – Groupe électrogène à l'intérieur d'une enceinte

Maintenance du groupe électrogène de secours

Comme mentionné dans la section 1 groupes électrogènes jouer un rôle critique dans la sécurité des personnes et des biens de certaines installations électriques et pour cette raison il est important d'établir un programme d'entretien précis qui doit inclure :

• Exécuter une fois par mois ou deux fois par mois, dans des conditions de décharge pendant une période de 4 heures (pour s'assurer qu'il fonctionnera si nécessaire ).
• Fonctionnement manuel.
• Démarrage du groupe électrogène en cas d'absence de tension réseau et vérification du fonctionnement de l'interrupteur automatique de l'onduleur.
• Inspection visuelle.
• Vérification de la mise à la terre du neutre et de toutes les pièces métalliques.
• Vérification du niveau d'huile et
• État de la batterie (inspection visuelle ; mesure de la tension des éléments ; situation de l'électrolyte).

Démarrage du générateur. Système de transfert automatique

Groupe électrogène démarrage dois-je automatique , lorsqu'il y a une sous-tension ou une tension inverse dans l'alimentation électrique réseau et cela se fait via un système d'automatisme installé dans le tableau de contrôle et de surveillance du groupe électrogène . Ce système d'automatisme fournira également la déconnexion et l'arrêt du groupe électrogène lorsque la tension du réseau redevient normale .

Le système d'automatisme référé ci-dessus contrôlera le système de transfert automatique , ci-après dénommé commutateur d'onduleur automatique , et doit assurer un certain nombre d'essais consécutifs de démarrage (jamais moins de 3 ) avec un temps entre les essais c'est le temps requis pour la régénération de la batterie .

Commutation automatique de l'onduleur , qui de préférence doit être installé dans le tableau principal d'arrivée , doit fournir un transfert des charges essentielles au groupe électrogène alimentation lorsqu'une perturbation de la tension du réseau se produit et assurer le retransfert de ces charges à l'alimentation du réseau lorsque la situation redevient normale .

Le commutateur d'onduleur automatique peut être construit avec 2 des équipements suivants :

• Disjoncteurs.
• Commutateurs en charge.
• Contacteurs.

Ces équipements doivent avoir un verrouillage mécanique et électrique pour éviter l'association parallèle entre le réseau et le groupe électrogène .

Tous les standards doit disposer d'un équipement de déconnexion (disjoncteur; interrupteur en charge; contacteur ) pour répartir les charges entre essentiel et non essentiel , pour éviter ces charges être alimenté par le groupe électrogène .

La figure 5 montre un exemple de diagramme schématique d'un système de transfert.

Figure 5 – Schéma de principe du système de transfert

Câblage et connexion du générateur portable

Vous pouvez câbler et connecter un générateur portable au système d'alimentation domestique par trois méthodes ici .

^[1] HV  :U_s ≥ 60kV; MV :1 kV s ≤ 49,5kV; LV  :U_s ≤ 1kV . U_s est la tension nominale du réseau.

^[2] CEI :Commission Electrotechnique Internationale.

^[3] Par la suite nous utiliserons l'expression groupes électrogènes se référer aux groupes électrogènes de secours diesel BT .

^[4] ISO :Organisation internationale de normalisation.

^[5] ekW :Puissance électrique active.

^[6] cos Φ :facteur de puissance.

^[7] Voir la section 3.3.

À propos de l'auteur :Manuel Bolotinha

-Licence en Génie Électrique – Systèmes énergétiques et électriques (1974 – Instituto Superior Técnico/Université de Lisbonne)
– Master en Génie Électrique et Informatique (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova University of Lisbon)
/> – Consultant senior en sous-stations et systèmes électriques ; Formateur professionnel