NO-BREAK KS. Système UPS dynamique PRÉSENTATION

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1 NO-BREAK KS Système UPS dynamique PRÉSENTATION

2 Table des matières Chapitre 1 : Description du système No-Break KS...3 Chapitre 2 : Fonctionnement lorsque le réseau est présent...4 Chapitre 3 : Fonctionnement lors d'une perturbation réseau...6 Chapitre 4 : Description des systèmes No-Break KS type KS-SB...8 Chapitre 5 : Résilience...10 Chapitre 6 : Installations de type "single-redondant"...11 Chapitre 7 : Installations parallèles...12 Chapitre 8 : Systèmes No-Break KS en Moyenne Tension...15 Chapitre 9 : Performances...16 Chapitre 10 : Synthèse des principaux avantages...18 ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 2/18

3 Chapitre 1 : Description du système No-Break KS Figure 1 Les éléments de base, représentés à la figure 1, sont les suivants : 1. un moteur diesel 2. un embrayage électromagnétique sans bagues, ni balais 3. une machine électrique spéciale, sans bagues ni balais, appelée "stato-alternateur", composée de : 1 machine synchrone 1 accumulateur d'énergie cinétique à excitatrice unique 4. une armoire de puissance contenant les appareils de coupure motorisés ainsi qu'une inductance 5. une armoire de commande contenant, notamment, un automate programmable et des cartes électroniques dédicacées, pour assurer le contrôle et la surveillance du système ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 3/18

4 Chapitre 2 : Fonctionnement lorsque le réseau est présent I3 D3 DA D1 SELF D2 DB Figure 2a En "service normal" (réseau présent), les disjoncteurs amont (D1) et aval (D2) sont fermés, le by-pass automatique (D3) est ouvert et le réseau alimente les charges critiques via le système No-Break KS. La machine synchrone fonctionne en moteur. L arbre du stato-alternateur tourne à 1500 t/min tandis que l'accumulateur d énergie cinétique est maintenu à une vitesse de 2950 t/min. Pendant ce fonctionnement en "service normal", qui représente généralement plus de 99,9 % du temps, le système No-Break KS : 1. ELIMINE LES MICRO-COUPURES Toutes les micro-coupures d'une durée inférieure à 50 millisecondes sont éliminées par le système, même chargé à 100%, et ce, sans démarrage du moteur diesel. 2. RÉGULE LA TENSION RÉSEAU Lorsque la tension du réseau fluctue, le système électronique de régulation de la tension agit sur le courant d'excitation de la machine synchrone. La tension délivrée est ainsi systématiquement maintenue à ± 1% de la valeur de consigne. Toute variation de la tension du réseau supérieure à ± 10% provoque l'ouverture du disjoncteur amont et le démarrage du moteur diesel. ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 4/18

5 3. AMÉLIORE LE FACTEUR DE PUISSANCE La surexcitation du moteur synchrone permet la fourniture de la puissance réactive consommée par la charge. Il en résulte que le facteur de puissance mesuré au niveau du réseau est proche de l unité. La machine synchrone se substitue donc parfaitement à une batterie de condensateurs connectée sur les charges critiques, tout en évitant les inconvénients de ces derniers. 4. FILTRE LES PHENOMENES TRANSITOIRES L ensemble "inductance machine synchrone" assure un découplage entre le réseau et la charge en présence de transitoires rapides ou d harmoniques. D une part, la charge est protégée vis-à-vis des perturbations de la tension du réseau (surtensions de foudre ou de manœuvre, harmoniques de tension, ) : ainsi, même dans le cas d un réseau très perturbé, les charges critiques bénéficieront d une alimentation de très bonne qualité. D autre part, les appels de courant (démarrage de moteur, court-circuit, ) et les courants harmoniques dus à la charge (en cas de non linéarité) sont filtrés par le système No-Break KS : la pollution du réseau par les charges critiques est donc fortement réduite. Toutes ces fonctions «Power Quality» sont assurées alors que le système fonctionne avec un rendement très élevé (93 à 96,4% selon le type de machine) : en effet, la puissance active consommée par la charge ne transite pas par la machine synchrone (qui fonctionne simplement en moteur à vide). ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 5/18

6 Chapitre 3 : Fonctionnement lors d'une perturbation réseau I3 D3 DA D1 SELF D2 DB Figure 2b En service normal (réseau présent) : Le moteur diesel est à l'arrêt (embrayage ouvert) L'arbre du stato-alternateur tourne à 1500 t/min. L'accumulateur d'énergie cinétique tourne à 2950 t/min. ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 6/18

7 Dès qu'une perturbation réseau est détectée par le système, le disjoncteur amont s'ouvre. Instantanément, la machine synchrone qui fonctionnait en moteur devient alternateur tandis que l armoire de contrôle module le couplage inductif entre l arbre principal et le rotor-accumulateur : l alimentation des charges critiques est ainsi assurée sans perturbation importante de tension (moins de 5 % en amplitude et inférieure à 1 % en fréquence). Simultanément à l'ouverture du disjoncteur amont, le démarreur électrique lance le moteur diesel. Environ une seconde plus tard, l'embrayage électromagnétique se ferme progressivement, la liaison mécanique entre le moteur diesel et le stato-alternateur est ainsi établie. Le moteur diesel prend rapidement la charge et sa vitesse est maintenue constante par le régulateur de vitesse électronique : il fournit alors la puissance mécanique correspondant à la puissance active consommée par la charge. A partir de ce moment, l accumulateur d énergie cinétique est ramené progressivement à sa vitesse de consigne. Dès que la tension du réseau est à nouveau acceptable, et pour autant que l accumulateur d énergie cinétique ait atteint sa vitesse de consigne, le système retourne en service normal. Le moteur diesel tourne alors à vide pour se refroidir avant de s'arrêter. GARANTIE DE DÉMARRAGE DU MOTEUR DIESEL L expérience acquise dans le domaine des groupes électrogènes montre qu'un des points faibles de cette technologie est l absence de garantie de démarrage du moteur diesel par les organes classiques (défaut démarreur, défaut de batterie, problèmes d'entretien, ). Le système No-Break KS apporte une solution originale à ce point faible en introduisant une séquence de démarrage redondante. Même si le moteur diesel reste à l'arrêt après l'ouverture du disjoncteur amont, l'embrayage se ferme de toute façon et relie mécaniquement le stato-alternateur au moteur diesel. L accumulateur d énergie cinétique permet de forcer le démarrage du moteur diesel. Cette séquence de démarrage forcé peut advenir occasionnellement et est acceptable tant pour l'embrayage que pour le moteur diesel. ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 7/18

8 Chapitre 4 : Description des systèmes No-Break KS type KS-SB Les systèmes No-Break KS comportent des machines synchrones largement surdimensionnées. De ce fait, en adaptant le moteur diesel et l'embrayage, il est en plus possible de secourir des charges essentielles, et ce, après une brève interruption. A priori, la charge essentielle ne doit pas excéder la charge critique. Ce système, de type KS-SB permet d'alimenter avec une seule machine, par exemple, un centre informatique complet (ordinateurs, climatisation, éclairage, ascenseurs, ). Différentes configurations sont possibles: Figure 3 : Figure 4 : Figure 5 : Système No-Break KS, type KS-SB2 Système No-Break KS, type KS-SB1 Système No-Break KS, type KS-SB0 I3 D3 DA D1 SELF D2 DB D6 C6 ESSENTIELLES C5 Figure 3 : Système NO-BREAK KS, type KS-SB2 ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 8/18

9 C5 ESSENTIELLES DA I3 I3 D1 D3 SELF Figure 4 : Système NO-BREAK KS, type KS-SB1 D3 D2 DB D6 C6 ESSENTIELLES DA D1 SELF D2 DB Figure 5 : Système NO-BREAK KS, type KS-SB0 ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 9/18

10 Chapitre 5 : Résilience L'objet de la résilience est de créer deux jeux de barres aval de manière telle qu'un défaut sur l'un d'eux n'ait qu'un impact limité sur l'autre. La figure 6 montre comment cet objectif peut être atteint dans le cas d'un système No-Break KS. Il est à noter que la propriété de résilience peut être judicieusement exploitée par l'usage d'inverseurs statiques permettant l'alimentation d'une charge critique au départ de deux jeux de barres quasi indépendants. I3/1 I3/2 D1 D3 D2 DB2 DB1 Figure 6 ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 10/18

11 Chapitre 6 : Installations de type "single-redondant" Les systèmes No-Break KS peuvent être combinés afin de former une installation de type "single-redondant", telle que représentée sur la figure 7. Dans ce type d'installation, le système No-Break KS redondant peut être utilisé pour se substituer instantanément à n'importe quel autre système. En variante, des charges essentielles peuvent également être connectées sur chacun des jeux de barres aval. I3/1 D3/1 DC/1 DA/1 D1/1 D2/1 DB/1 DY/1 KS/1 I3/2 D3/2 DC/2 DA/2 D1/2 D2/2 DB/2 DY/2 I3/N KS/2 D3/N DC/N DA/N D1/N D2/N DB/N DY/N KS/N I3/R D3/R DE/R DA/R D1/R D2/R DB/R DY/R ESSENTIELLES KS/R Figure 7 ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 11/18

12 Chapitre 7 : Installations parallèles 1. MISE EN PARALLELE DE PLUSIEURS SYSTEMES No-Break KS Les systèmes No-Break KS et No-Break KS de type KS-SB peuvent être installés en parallèle (figures 8a et 8b). Cette disposition permet une adaptation aisée de l'installation à la puissance de la charge et à son évolution. Dans les systèmes parallèles, la puissance maximale que peut délivrer l'installation est égale à N fois la puissance nominale d'un système (N étant le nombre de systèmes en parallèle). I3 D3/1 DA/1 D1/1 D2/1 DB/1 KS/1 DA/2 D1/2 D3/2 D2/2 DB/2 KS/2 D3/N DA/N D1/N DB/N D2/N KS/N Figure 8a ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 12/18

13 I3 D3/1 DA/1 D1/1 D2/1 DB/1 KS/1 DA/2 D1/2 D3/2 D2/2 DB/2 KS/2 D3/N DA/N D1/N DB/N D2/N KS/N C6/N C5/N C6/1 C6/2 C5/1 ESSENTIELLES C5/2 Figure 8b ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 13/18

14 2. INSTALLATIONS PARALLELES REDONDANTES La propriété de redondance est obtenue par l'installation d'un ou plusieurs systèmes supplémentaires aux N systèmes strictement requis pour alimenter les charges. 3. INSTALLATIONS PARALLELES (REDONDANTES OU NON) AVEC RESILIENCE Il est possible de mettre en parallèle des systèmes No-Break KS avec double jeu de barres aval résilient (figure 9). I3 BY-PASS MANUEL D3/1 DA/1 D1/1 D2/1 DB2/1 DB1/1 DA/2 D3/2 D1/2 D2/2 DB2/2 DB1/2 D3/3 DA/3 D1/3 D2/3 DB2/3 DB1/3 CHARGE CRITIQUE A CHARGE CRITIQUE B Figure 9 ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 14/18

15 Chapitre 8 : Systèmes No-Break KS en Moyenne Tension En cas de distribution en moyenne tension (généralement requise pour les puissances supérieures à 5 MVA), les systèmes No-Break KS offrent une solution techniquement avantageuses (figure 10). L'inductance et les appareils de coupure fonctionnent alors en moyenne tension. Par contre, le stato-alternateur basse tension est connecté à la moyenne tension via un transformateur réversible. Un des avantages de cette solution est de garantir, en service normal, un haut niveau de rendement (donc de faibles coûts d'exploitation). TR3 D1/3 KS3 D2/3 D1/2 TR2 KS2 D2/2 TR1 D1/1 KS1 D2/1 D3I NTR TRA DSN DLA D3O DA By-Pass automatique DB I1 I3I By-Pass manuel I2 I3O Figure 10 ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 15/18

16 Chapitre 9 : Performances ALIMENTATION DES UTILISATEURS AVEC UNE TENSION ET UNE FRÉQUENCE IDÉALES 1. TENSION 1.1. Régulation de tension régime établi...± 1% 1.2. Variation de tension induite par des variations brusques de charge de 10 %...± 1% 50%...± 3% 100%...± 5% (La tension se rétablit à ± 1% en moins de 1 seconde) 1.3. Variation transitoire de tension lors de la disparition du réseau...± 5% du retour réseau...± 1% 1.4. Régulation de tension sur charge déséquilibrée 25%...± 2% 2. ANGLE DES PHASES Sous charge équilibrée : Avec déséquilibre 25% : 120 ± 0 degré 120 ± 1 degré 3. FRÉQUENCE 3.1. Régulation de fréquence en régime établi...± 0,2% 3.2. Variation de fréquence induite par des variations brusques de charge de 10%...± 0,5% 50%...± 1% 3.3. Variation transitoire de fréquence lors de la disparition réseau et de la reprise de 100% de la charge...± 1% du retour réseau...± 0,2% ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 16/18

17 4. RENDEMENT En service normal : 93 à 96,4 % 5. SUR ADMISSIBLES En service normal : En service production : 6. TAUX GLOBAL D'HARMONIQUES Inférieur à 2% sur charge non déformante 7. COURANT DE COURT-CIRCUIT Amont : 3 In Aval : 12 à 20 In 8. DÉPARASITAGE RADIO Suivant VDE niveau K 10% pendant 1 heure 25% pendant 10 minutes 1 50% pendant 2 minutes 1 10% pendant 1 heure 9. CERTIFICAT SELON DIRECTIVE EMC 1 Hors gestion globale de la puissance d'une installation ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 17/18

18 Chapitre 10 : Synthèse des principaux avantages 1. Fiabilité 2. Système monobloc 3. Système unique, intégralement sans bagues ni balais 4. Garantie absolue du démarrage du moteur diesel par l'utilisation de l'énergie cinétique de l'accumulateur en cas de défaillance du système de démarrage conventionnel. 5. Accumulation de l'énergie cinétique avant de revenir en service normal, ce qui permet de supporter des défauts réseaux successifs. 6. Remplacement des roulements tous les 10 ans. 7. Durée de vie du système No-Break KS de 20 ans minimum. 8. Une seule machine pour deux types de charges, critiques et essentielles. 9. Service production pouvant pallier des interruptions de réseau de longue durée. 10. Rendement jusqu'à 96,4 % à pleine charge minimisant le coût d'exploitation. 11. Encombrement réduit et installation dans un local ne nécessitant pas de climatisation, ni de traitement anti-acide. 12. Armoire électrique comprenant principalement des composants simples (seulement 8 cartes électroniques dédicacées). 13. Filtrage des harmoniques et acceptation de charges déformantes. 14. Elimination des micro-coupures en service normal. 15. Stabilisation de la tension aux bornes de la charge. 16. Immunité vis-à-vis des perturbations amont et aval, telles que court-circuits surtensions de foudre et de manoeuvre appels de courant. 17. Fourniture automatique de puissance réactive, garantissant un facteur de puissance proche de l'unité en amont de l'installation No-Break KS. 18. Manipulation et maintenance réalisables par un technicien sans qualification spéciale. ED\KS5_COM\V:\KC5FR\UPS_Presentation_Fr.doc Page 18/18