Tableaux alimentés par onduleur (ASI) : architecture de by-pass et sélectivité

Tableaux alimentés par onduleur (ASI) : architecture de by-pass et sélectivité

Une alimentation sans interruption n’apporte pas seulement de l’énergie de secours à un site : elle y introduit un comportement de court-circuit radicalement différent. Là où un tableau alimenté par le réseau dispose de dizaines de kiloampères, un départ alimenté par l’onduleur est limité à deux ou trois fois le courant assigné, et les hypothèses habituelles de sélectivité ne tiennent plus. Cet article traite de l’architecture de by-pass, de la sélectivité des protections, du régime de neutre et de la mise à la terre d’un tableau alimenté par ASI.

Topologies d’ASI et conséquences pour le tableau

Pour les charges critiques, la topologie en ligne à double conversion constitue la référence : le réseau est redressé, un bus continu se forme en parallèle avec la batterie et l’onduleur alimente la charge en permanence depuis sa propre sortie. Les topologies line interactive et de secours conviennent à des charges plus modestes mais exposent les équipements critiques au temps de transfert et à la forme d’onde. La conséquence pour le tableau est directe : en topologie en ligne la charge est toujours alimentée par l’onduleur, la contribution au court-circuit est limitée et les caractéristiques des départs doivent être choisies en conséquence. Côté entrée, le redresseur reste par ailleurs une source d’harmoniques.

By-pass statique et by-pass de maintenance

Le by-pass statique est un interrupteur à semi-conducteurs intégré à l’ASI qui transfère la charge sur le réseau en quelques millisecondes lorsque l’onduleur tombe en défaut ou se trouve en surcharge. Le by-pass de maintenance est un chemin mécanique réalisé dans le tableau, qui maintient l’alimentation de la charge pendant que l’ASI est totalement consigné. Il se construit selon le classique montage à trois interrupteurs : des verrouillages mécaniques entre entrée, sortie et by-pass doivent empêcher tout retour de l’onduleur vers le réseau en cas de séquence erronée. La séquence de manœuvre doit être étiquetée de façon permanente dans le tableau et répétée pas à pas lors de la mise en service.

Sélectivité avec un courant de court-circuit limité

En mode onduleur, le courant de court-circuit se limite typiquement à 2 ou 3 fois le courant assigné et l’ASI ne le maintient que brièvement. Un seuil magnétique retenu pour une alimentation réseau ne sera donc jamais atteint et le défaut n’est éliminé que par la caractéristique thermique, quelques secondes ou minutes plus tard. La solution consiste à utiliser des appareils à seuil magnétique bas, courbe B ou courbe C à seuil réduit, à réduire le nombre d’étages en cascade et, si nécessaire, à coordonner avec des fusibles limiteurs. La courbe de surcharge de l’ASI et celle de la protection générale de départ doivent en outre être superposées et vérifiées.

Neutre, mise à la terre et protection différentielle

La sortie d’une ASI se comporte souvent comme une source distincte : le point de mise à la terre du neutre doit donc être défini selon que le système constitue une source autonome ou le prolongement du neutre réseau, car une mise à la terre en deux points crée des courants de circulation dans le conducteur de protection. La continuité du neutre ne doit pas être interrompue pendant le by-pass, et avec des appareils tétrapolaires le pôle neutre doit fermer en premier et ouvrir en dernier. Si une protection différentielle est requise, le redresseur impose au minimum le type A, et le type B en présence de variateurs. Comme les courants de fuite propres de l’ASI s’additionnent, les départs doivent être regroupés pour éviter les déclenchements injustifiés.

Batterie, ventilation et surveillance

Que la batterie se trouve dans le tableau ou dans une armoire dédiée, elle peut dégager de l’hydrogène en charge : la ventilation doit donc être calculée, et une ventilation mécanique reste recommandée même avec des batteries étanches à soupape. La température est le facteur dominant de la durée de vie, chaque 10 degrés au-delà de 25 degrés Celsius la réduisant environ de moitié, ce qui impose d’éloigner les armoires de batteries des zones chaudes des tableaux de puissance. La protection de la batterie doit utiliser un appareil déclaré pour la tension et le pouvoir de coupure en continu, jamais un appareil alternatif. La mesure de résistance interne, de tension de bloc et de température reste le seul moyen fiable de connaître l’autonomie réelle.

Points clés: tableau alimenté par onduleur

• Verrouiller le by-pass de maintenance — Une séquence erronée peut renvoyer l’onduleur vers le réseau : verrouillages et étiquetage sont obligatoires.
• Vérifier la sélectivité en mode onduleur — Avec un courant limité, le déclenchement magnétique n’est souvent jamais sollicité.
• Mettre le neutre à la terre en un seul point — Une mise à la terre en deux points génère courants de circulation et perturbations sur le PE.
• Surveiller la température de la batterie — Chaque 10 degrés au-delà de 25 degrés Celsius réduit d’environ moitié la durée de vie.
• Source normative — catalogue des publications IEC: iec.ch.

Questions fréquentes

Pourquoi préférer une courbe B à une courbe C ou D en sortie d’ASI ?

Comme l’onduleur limite le courant de court-circuit à deux ou trois fois le courant assigné, la plage magnétique d’une courbe C, de 5 à 10 fois, ou d’une courbe D, de 10 à 20 fois, n’est jamais atteinte. L’appareil ne travaille alors que dans sa zone thermique et le défaut n’est éliminé qu’après plusieurs secondes. Une courbe B déclenche entre 3 et 5 fois le courant assigné, valeur que l’onduleur peut fournir, ce qui préserve un déclenchement rapide.

Un by-pass de maintenance est-il réellement indispensable ?

Pour des charges critiques, oui. Sans lui, il faut couper la charge dès qu’il s’agit de remplacer un filtre, un ventilateur ou la batterie de l’ASI. Le montage à trois interrupteurs maintient l’alimentation depuis le réseau pendant que l’ASI est totalement consigné. Le seul by-pass statique ne suffit pas, car il se trouve à l’intérieur de l’ASI et n’assure pas une consignation sûre pour la maintenance.

Peut-on utiliser un disjoncteur alternatif pour le circuit batterie ?

Non. En courant continu il n’existe pas de passage par zéro, l’arc ne s’éteint donc pas spontanément et le pouvoir de coupure d’un appareil conçu pour l’alternatif s’avère insuffisant. Le circuit batterie exige un disjoncteur déclaré en tension et pouvoir de coupure continu, ou un fusible adapté, avec un nombre de pôles retenu selon les tableaux du constructeur.

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