Résoudre les problèmes après les mises à niveau énergétiques de l'usine

Essayer d'économiser de l'énergie n'est pas toujours aussi simple qu'il y paraît. L'installation de variateurs de fréquence (VFD) et la modernisation de systèmes d'éclairage sont deux des moyens les plus rapides et les plus largement acceptés pour réaliser des économies d'énergie significatives. Pourtant, de nouveaux problèmes peuvent apparaître.

L'une des premières étapes pour résoudre ces problèmes est de comprendre que les appareils économes en énergie eux-mêmes peuvent en être la cause. Alors que la plupart des ballasts d'éclairage électroniques à économie d'énergie, des commandes d'éclairage et
VFD fonctionnent très bien sur les systèmes de distribution électrique modernes, cet équipement peut créer des cauchemars de dépannage dans les installations plus anciennes.

Les problèmes électriques résultant de mises à niveau à haut rendement et d'économies d'énergie relèvent d'un ou plusieurs des trois domaines :

• Candidature
• Installation (démarrage compris)
• Entretien

Discordances VFD
L'une des applications d'économie d'énergie les plus courantes dans les installations consiste à utiliser des VFD sur les pompes centrifuges, les ventilateurs et les soufflantes. Faire varier la vitesse du moteur est un moyen beaucoup plus efficace de contrôler les débits et, par conséquent, de maintenir la température de l'eau que de faire tourner le moteur et la pompe à pleine vitesse et d'étrangler une vanne pour régler les débits. Mais des problèmes surviendront si :

• Le VFD n'a pas été correctement dimensionné et sélectionné
• L'installation du variateur et du moteur n'a pas été effectuée avec un VFD à l'esprit
• Les paramètres n'étaient pas correctement définis au démarrage
• Les effets des courants harmoniques n'ont pas été pris en compte dans la conception et traités dans la maintenance

L'effet non linéaire des charges électroniques
Les variateurs de fréquence sont des dispositifs électroniques complexes appelés charges non linéaires qui font varier leur tension et leur fréquence de sortie pour contrôler la vitesse du moteur. Le système de distribution fournit de la tension, mais le courant ne circule pas dans le variateur de fréquence tant que le circuit redresseur de la section convertisseur ne commence pas à conduire. Étant donné que le courant ne circule pas de manière linéaire lorsque la tension est appliquée, l'équipement est appelé « non linéaire ».

Lorsque les diodes permettent soudainement la circulation du courant, cela crée une "entaille" sur l'onde sinusoïdale qui provoque une distorsion de l'onde sinusoïdale. Le circuit redresseur VFD provoque également le retour des courants dans le système de distribution par multiples de 60 hertz (Hz). Le courant qui revient en multiples du fondamental est appelé courant harmonique. La troisième harmonique est trois fois la fondamentale de 60 Hz, ou 180 Hz. Le courant de cinquième harmonique est à 300 Hz, et ainsi de suite.

Harmoniques
Ces courants harmoniques ont non seulement tendance à déformer la tension dans l'ensemble de l'installation, mais certaines fréquences harmoniques créent des problèmes propres à cet harmonique. Par exemple, le troisième harmonique provoque une surchauffe dans les conducteurs neutres et les transformateurs. La cinquième harmonique peut provoquer des problèmes de moteur, tels qu'une surchauffe, des bruits et des vibrations anormaux et une inefficacité du moteur.

En résumé :tous les équipements électroniques créent des harmoniques et déforment la tension distribuée dans l'usine.

Les autres charges non linéaires typiques ajoutées lors des mises à niveau énergétiques comprennent les ballasts électroniques, les ordinateurs, les commandes (API, etc.) et divers composants des systèmes d'automatisation des bâtiments. Utilisez toujours un outil de test répondant à la valeur efficace vraie lorsque vous mesurez des charges non linéaires, en particulier le courant. Pour un document d'information sur les raisons pour lesquelles true-rms, visitez www.fluke.com/true-rms.

Commandes sensibles
Voici la cause première du problème :les systèmes de contrôle modernes sont assez souvent sensibles aux problèmes de qualité liés à l'alimentation électrique qui leur est fournie. Cela signifie que les charges non linéaires à haut rendement créent des problèmes de fonctionnement non seulement avec d'autres équipements sensibles de l'usine, mais aussi avec elles-mêmes. Ironiquement, l'équipement même installé pour économiser l'énergie entraîne souvent des inefficacités et des coûts de maintenance inattendus.

Heureusement, quelques vérifications rapides et un dépannage électrique de base peuvent résoudre de nombreux problèmes.

Exemples de dépannage VFD
Mauvais contrôle de la vitesse du moteur et/ou déclenchements intempestifs : Par exemple, un problème typique d'EFV rencontré sur le terrain est que le variateur ne contrôle pas correctement la vitesse du moteur et peut même subir des déclenchements intempestifs. Les deux causes les plus probables de ce problème particulier :

• Déséquilibre de tension sur les trois phases alimentant le variateur
• Harmoniques sortant du variateur et retournant dans le système de distribution

Par exemple, un refroidisseur avec un VFD installé peut rencontrer des problèmes de contrôle de température à des emplacements spécifiés dans le système en raison des ondes sinusoïdales déformées créées par les harmoniques. Cette distorsion affecte le fonctionnement des automates programmables, des contrôleurs de température et d'autres commandes dans le refroidisseur.

Autre possibilité :si les câbles de retour du tachymètre ne sont pas correctement sélectionnés et installés, des informations erronées sur la vitesse du moteur seront renvoyées dans le VFD, ce qui empêchera le VFD de contrôler la vitesse réelle du moteur.

La solution :acheminez un câble blindé pour ces signaux basse tension et ne mettez à la terre qu'à une extrémité.

Lors de l'acheminement de ces conducteurs basse tension, assurez-vous qu'ils ne sont pas installés à proximité des conducteurs d'alimentation. L'induction électromagnétique des câbles d'alimentation peut affecter le contrôle basse tension.

Vérifications d'installation : Pour résoudre les problèmes de contrôle VFD, commencez par revoir la conception de l'installation. Il y a de fortes chances que le bon variateur, le moteur et l'équipement associé aient été sélectionnés, mais vérifiez quand même. Descendez et observez l'installation. Les bons types de câbles ont-ils été sélectionnés et installés correctement ? L'installation est-elle adaptée à l'environnement dans lequel elle est installée ? Les boîtiers sont-ils exempts de poussière et une ventilation adéquate est-elle fournie ?

Contrôles des paramètres de lecteur : Passez en revue les paramètres programmés dans le variateur. Les données saisies correspondent-elles à la plaque signalétique du moteur ? Le variateur a-t-il été réglé pour un fonctionnement correct, comme un couple variable pour les applications de pompe et de ventilateur à économie d'énergie ? Si le VFD ne contrôle pas le moteur comme prévu, cela peut être dû au fait que les paramètres de fonctionnement n'ont pas été définis correctement ou, plus que probablement, ont été réinitialisés par une personne bien intentionnée tentant de corriger d'autres problèmes.

Vérifications rapides des mesures : Mesurez la tension d'entrée VFD avec un multimètre numérique à valeur efficace vraie, en vérifiant que le déséquilibre de tension respecte les spécifications du fabricant. Mesurez les fréquences et les niveaux d'harmoniques au point d'alimentation du VFD, à l'aide d'une pince ampèremétrique ou d'un analyseur de qualité de l'alimentation. Vérifiez également les harmoniques au niveau de l'alimentation où l'alimentation du VFD alimente également d'autres charges.

La solution :si le déséquilibre de tension est le problème, déplacez et répartissez uniformément les charges monophasées. S'il s'avère que des harmoniques en sont la cause, contactez le fabricant du variateur ou un fabricant de filtres d'harmoniques et déterminez et installez un filtre d'harmoniques correctement réglé.

Problèmes liés aux rénovations d'éclairage
Déclenchement intempestif : Sans aucun doute, les rénovations d'éclairage permettent d'économiser de l'argent sur la facture mensuelle des services publics d'électricité. Mais de nombreuses installations investissent dans des améliorations d'éclairage pour constater que les lumières clignotent ou ne fonctionnent pas du tout. Apparemment sans rapport, les moteurs triphasés surchauffent, les serveurs et les ordinateurs fonctionnent mal et des données sont perdues. Des déclenchements intempestifs sur les disjoncteurs commencent soudainement à se produire. L'équipement électronique nouvellement installé se déclenche mystérieusement en cas de surtension ou de surchauffe, mais l'équipement ne montre aucun signe de telles conditions anormales.

De tels problèmes sont généralement associés aux harmoniques. Une étude de l'IEEE indique que ces harmoniques peuvent devenir un problème important si l'éclairage fluorescent représente 25 % ou plus de la charge de l'installation.

Les ballasts électroniques introduisent souvent des courants harmoniques dans le système de distribution. Si l'installation est plus ancienne et qu'un seul fil neutre a été tiré pour chacun des trois conducteurs de phase non mis à la terre vers le circuit d'éclairage (partageant les neutres), le résultat peut être une surchauffe des conducteurs neutres, des panneaux de distribution et des transformateurs. La maintenance détecte et corrige souvent ces problèmes.

Un conseil :insérez des conducteurs neutres supplémentaires, un par phase au total, selon les besoins. La thermographie infrarouge peut souvent identifier ces problèmes avant l'échec.

Commandes de gradation : Les rénovations courantes des lampes T-8 avec ballasts électroniques et le remplacement des lampes à incandescence par des lampes fluorescentes compactes (LFC) permettent tous deux de réaliser d'importantes économies d'énergie. Pour des économies d'énergie supplémentaires, tamisez l'éclairage fluorescent lorsque la pleine puissance lumineuse n'est pas nécessaire. Cette gradation peut être réalisée avec des gradateurs manuels ou avec des capteurs photo qui détectent le niveau de lumière à l'intérieur ou à l'extérieur selon les besoins.

Assurez-vous de faire correspondre le bon type de commande de gradation avec le ballast et le type de lampe à grader. Les écarts ici peuvent entraîner non seulement un mauvais fonctionnement de l'équipement, mais également des composants du système d'éclairage endommagés.

Selon le type de commandes de gradation utilisées, un câblage de commande supplémentaire fonctionnant de zéro à 10 volts peut être installé. Placer un tel câblage de commande trop près des conducteurs d'alimentation pendant l'installation ou la maintenance peut entraîner une commande d'éclairage erratique.

Un conseil :gardez le câblage de commande aussi court que possible pendant l'installation.

Les commandes d'éclairage automatisées qui éteignent et allument les bancs d'éclairage de manière erratique après l'installation de commandes d'économie d'énergie doivent être vérifiées pour le bon fonctionnement des capteurs. Certains capteurs photo peuvent avoir un réglage de la bande morte disponible pour modifier le temps entre l'extinction et l'allumage des lumières.

Surchauffe des moteurs : Dans le cadre des mises à niveau de l'éclairage à économie d'énergie, les banques d'éclairage peuvent être commutées pour économiser de l'énergie. Selon les circuits commutés, des déséquilibres de phase peuvent se produire sur les systèmes triphasés. La maintenance reçoit l'appel pour remplacer les moteurs qui ont été détruits par la surchauffe.

Un conseil :vérifiez la tension fournie au moteur pendant toutes les phases de fonctionnement de l'installation.

Le déséquilibre de tension maximum aux bornes du moteur ne doit pas dépasser 1 %. Le fonctionnement d'un moteur avec un déséquilibre supérieur à 5 % entraînera probablement des dommages au moteur.

Conclusion
Le meilleur outil pour résoudre les problèmes, après une mise à niveau, est une main-d'œuvre bien formée et bien équipée. La connaissance du fonctionnement de l'application d'économie d'énergie est la première étape de la résolution des problèmes associés. Passez en revue la conception, l'installation et toutes les procédures de démarrage pour isoler et corriger de nombreux problèmes. Comme la maintenance de l'équipement est nécessaire, utilisez une approche logique et systématique avec les bons outils pour isoler les problèmes.

Consultez la Figure 1 pour les problèmes typiques rencontrés après les mises à niveau d'économie d'énergie et pour des idées sur la façon de commencer.

Pour plus d'informations, visitez le site Web de Fluke Corporation à l'adresse www.fluke.com.

Figure 1. Problèmes typiques signalés après les mises à niveau énergétiques et quelques vérifications rapides pour résoudre les problèmes.

Figure 2. Pour préserver vos économies de mise à niveau énergétique, apprenez à dépanner et à réparer les problèmes associés en interne.