ABB. revue. Actualités technologiques du Groupe ABB

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1 ABB revue 1 13 Actualités technologiques du Groupe ABB Des innovations à couper le souffle 6 Alimentations sans interruption 13 Le véhicule électrique adopte le Cloud 24 Des interfaces plus humaines 70 Innovation

2 Il y a plus de 120 ans, Thomas Edison, partisan du courant continu, s inclinait devant George Westinghouse et son courant alternatif. Le courant continu était pourtant loin d être «hors circuit» : en 1954, l une des sociétés à l origine d ABB, le Suédois ASEA, inaugurait à Gotland (photo) la première liaison en courant continu à haute tension (CCHT). ABB est aujourd hui numéro un mondial des solutions CCHT. La technologie ne manque pas d arguments : faibles pertes sur de longues distances, enfouissement ou immersion des câbles... Reste que l absence de disjoncteurs CC la confinait jusqu ici à de simples lignes couplant deux réseaux. ABB a comblé cette lacune avec le déploiement d un réseau CCHT à part entière, redorant ainsi le blason d Edison. 2 revue ABB 1 13

3 Sommaire Innover 6 Trajectoires 2013 Une année d innovations Protéger Gérer Communiquer Améliorer Concentré de puissance Des alimentations sans interruption (ASI) modulaires et intelligentes Facteurs de puissance Qualité du courant : maux et remèdes Secours modulaire Les ASI gagnent en intelligence, modularité, souplesse et disponibilité Stations de services Cloud Des solutions de connectivité ABB pour l électromobilité Prise en main Un disjoncteur «intelligent» gère les charges pour diminuer les coupures Un aiguilleur fidèle au poste Le multiplexeur universel FOX615 d ABB relève les nouveaux défis de la communication industrielle Maille serrée Les réseaux à l épreuve du terrain Simulation avancée du moulage réactif Nouvelle plate-forme numérique eramzes Guet sur le Net Gardez la main sur votre contrôle-commande avec l application web My Control System d ABB Valorisation énergétique Des pistes pour améliorer le bilan énergétique d une machine à papier Grande puissance ABB étoffe sa gamme de moteurs asynchrones haute tension L important, c est l exploitant L ethnographie pour mieux comprendre la conduite opérateur Réactivité à tous les étages ABB échafaude l édifice 800xA en Colombie Sommaire 3

4 Édito L innovation réinventée Prith Banerjee Chers lecteurs, Moteur du progrès, l innovation se décline en trois grandes catégories : l innovation incrémentale se nourrit de l existant pour améliorer et étoffer une ligne de produits, par exemple ; l innovation architecturale engendre de nouvelles offres et gammes ; l innovation de rupture, la plus radicale et la plus ambitieuse, bouscule les acquis, ouvre le champ des possibles, réinvente les méthodes et procédés, repense les applications, redessine le marché et, en de fin de compte, la réalité économique et sociétale. C est dans ce dernier domaine qu ABB vient de s illustrer avec une «révolution» qui fera date dans le transport électrique du XXI e siècle. Quand les centrales d énergie sont d ordinaire implantées à proximité des centres de consommation, les énergies d origine renouvelable sont souvent «excentrées» puisqu elles abondent dans des régions à faible densité de population où l infrastructure de réseau est traditionnellement fragile. La nécessité d acheminer cet afflux d énergie sur de grandes distances, sans perturber le transit local, fait peser de nouvelles contraintes sur les réseaux de transport. ABB relève ce défi avec sa solution de courant continu à haute tension (CCHT). Le prédécesseur d ABB, la société ASEA, en fut l inventeur dans les années Aujourd hui, cette technologie permet le transport massif d électricité sur des milliers de kilomètres, à terre comme en mer. Dès 1992, ABB proposait un superréseau européen pour relier en CCHT les centres de consommation aux centrales hydroélectriques, solaires et éoliennes, éloignées pour certaines de plusieurs milliers de kilomètres. Mais l absence de disjoncteur ad hoc confina cette technologie aux liaisons point à point. Ce dernier obstacle majeur au déploiement d un réseau CCHT à part entière est aujourd hui levé avec le disjoncteur CC d ABB. Il y a beaucoup à dire sur cette innovation. La Revue ABB n en livre ici qu une esquisse ; nous y reviendrons amplement dans les prochaines éditions. Ce premier numéro de l année aborde bien d autres thématiques de progrès : les alimentations sans interruption qui garantissent la continuité de service des datacenters, les appareillages électriques «intelligents», les transmissions sans fil, les interfaces homme-machine, etc. Une moisson d innovations qui améliorent, sécurisent et dopent la productivité des grandes infrastructures industrielles. Confiant dans l utilité de ces sujets pour faciliter votre compréhension de notre offre technologique, je vous souhaite une fructueuse lecture de la Revue ABB. Cordialement, Prith Banerjee Directeur des technologies Vice-président du Groupe ABB 4 revue ABB 1 13

5 Éditorial 5

6 Trajectoires 2013 Une année d innovations Dans le monde entier, les laboratoires de recherchedéveloppement ABB ne cessent d innover pour inventer l avenir. Voici un florilège des nombreuses percées et réussites technologiques du Groupe. Certaines sont abordées dans ce numéro. Pour les autres, nous vous donnons rendez-vous dans les prochaines éditions de la Revue ABB. La revanche d Edison Si l on voulait schématiser la chaîne de fourniture électrique, il suffirait de dessiner un gigantesque câble reliant le producteur au consommateur. La réalité est autrement plus compliquée! L électricité d un foyer ou d une usine provient de plusieurs sources disséminées, faisant de son réseau un complexe écheveau de lignes bâti sur le principe de redondance, qui garantit la continuité de la desserte même si certains ouvrages sont indisponibles. Pièce majeure de ce puzzle, l appareillage de coupure et de commutation permet de réguler le flux d énergie et de sectionner un à un des segments de ligne. Dans l Amérique de la fin des années 1880, le réseau électrique fut le théâtre d une «bataille des courants» entre Thomas Edison, partisan du continu, et George Westinghouse, chantre de l alternatif. Ce dernier en sortit vainqueur. Le fait est que le courant alternatif (CA) a bien des atouts, dont son appareillage. Quand le courant est interrompu, le flux d énergie ne s arrête pas net ; un plasma conducteur se forme entre les contacts ouverts de l appareil, puis s éteint au passage du courant par zéro (100 fois par seconde à la fréquence de 50 Hz, 120 fois à 60 Hz). L interruption du courant continu à haute tension (CCHT) est une autre affaire! Ce qui n empêche pas son transport de faire un retour en force ces dernières décennies avec la technologie ABB. Le courant alternatif est d abord converti en CCHT pour être ensuite acheminé sur de longues distances (jusqu à des milliers de kilomètres) avec de très faibles pertes et une grande aptitude à la commande. Qui plus est, grâce à des techniques comme les câbles sous-marins, le CCHT surmonte quasiment tous les obstacles. Seul écueil : il se cantonne jusqu ici aux liaisons point à point. Tout comme le réseau CA doit sa flexibilité et sa redondance à son architecture maillée, le CCHT pourra accroître son périmètre d action s il est lui aussi couplé à des topologies plus complexes. C est tout l enjeu du «super-réseau CC» qui prêtera main forte au CA tout en le soulageant des transits d énergie massifs sur de grandes distances. Cette évolution se confirme avec l essor de la production d origine renouvelable, située à des centaines, voire des milliers de kilomètres des centres de consommation, là où le réseau est réputé fragile. Fin 2012, ABB annonçait une véritable rupture technologique avec un nouveau disjoncteur CC mêlant électronique de puissance et commutation mécanique pour une coupure rapide et sûre. Nous y reviendrons dans un prochain numéro. 6 revue ABB 1 13

7 Dépistage précoce MACHsense est un service ABB de télédiagnostic des moteurs, générateurs et autres équipements raccordés à des organes mécaniques de transmission de puissance. Les données collectées sur site ou à distance sont traitées par des algorithmes intelligents développés par ABB. L offre MACHsense d ABB est axée sur la détection précoce des défauts dans les machines pour permettre à la maintenance de planifier de manière opportune les interventions et de régler les problèmes. Les défauts diagnostiqués incluent, entre autres, les problèmes de roulement, les valeurs électromagnétiques anormales des moteurs et générateurs ainsi que toute contrainte d environnement susceptible de dégrader la fiabilité ou la performance des machines. Les mesures vibratoires, électriques (tension et courant) et thermiques sont combinées et analysées conjointement par des bibliothèques d algorithmes pour distinguer le mieux possible l origine des défauts. Ces algorithmes forment l épine dorsale du système de télédiagnostic qui associe approche «PoF» (Physicsof-Failure) et traitement complexe du signal pour extraire des données les paramètres d état clés reflétant l évolution des défauts. En mode télédiagnostic, une alarme est déclenchée au franchissement de seuils préréglés, permettant à la maintenance d agir dès les signes avant-coureurs d un défaut. Les clients suivent sur Internet l évolution des données d exploitation de leur moteur, générateur ou organe de transmission. L appareillage à isolation gazeuse ELK-3 repousse les frontières de la performance ABB présente sa dernière génération d appareillage d interruption à isolation gazeuse (GIS) ELK-3 pour les installations de 420 kilo volts (kv). Elle s inscrit dans la stratégie d innovation ABB, en prolongement des récentes versions 245 kv et 72,5 kv. L ELK-3, environ 30 % plus petit que son prédécesseur, utilise 40 % de SF 6 en moins. Le voici donc plus écolo- gique, plus compact et plus léger! Ce GIS robuste et performant améliore l efficacité et la fiabilité du réseau dans des conditions extrêmes. L appareil est monté et testé en usine, puis expédié sous la forme de tranche, en armoire, sur plate-forme ou camion surbaissé. Cette logistique réduit le temps de transport, d installation sur site et de mise en service jusqu à 40 % par rapport aux exécutions classiques. L accès frontal aux commandes, indicateurs de position et platines de service améliore les procédures d exploitation, d inspection et de maintenance. Les modules et raccordements standardisés permettent de configurer en souplesse le poste électrique et d en optimiser la conception. Doté d un disjoncteur rapide double sectionnement à chambre de coupure unique, ce nouveau GIS est conçu pour des valeurs assignées de courant 5000 ampères (A) maxi. Il protège les réseaux avec des courants assignés de court-circuit jusqu à 63 ka. Trajectoires

8 Le temps c est de l argent, aussi en maintenance logicielle CoMoGen : un outil commode pour comprimer les coûts de maintenance jusqu à 40 %. Qui donc songerait à acquérir un logement sans s être renseigné au préalable sur le voisinage, les écoles à proximité, etc.? Cette «recherche contextuelle» est tout aussi importante en logiciel. En effet, les développeurs ne peuvent se contenter d un extrait de code source ; il leur faut savoir où se situe précisément l objet et à quoi il est rattaché. Si les moteurs de recherche de code fournissaient des résultats en contexte, les développeurs pourraient prendre des décisions en meilleure connaissance de cause. ABB l a compris : son équipe de spécialistes du logiciel industriel «ISS» (Industrial Software Systems) a mis au point un moteur de recherche évolué, baptisé CoMoGen, qui associe automatiquement un contexte à chaque résultat de recherche de façon à faciliter et à accélérer la prise de décisions. Les résultats de la recherche s en trouvent également améliorés. La maintenance de logiciels commence souvent par l identification des termes clés qui décrivent une tâche. La recherche est ensuite lancée sur une liste de fragments de code pertinents, un peu comme une page de résultats Google. Les liens utiles s affichent et leur contexte est exploré ; plusieurs minutes peuvent alors s écouler avant de voir apparaître... un résultat sans intérêt! Selon l équipe ISS, CoMoGen devrait alléger chaque tâche de maintenance logicielle de 5 à 40 %, faisant économiser à ABB plusieurs millions de dollars par an. La tête et les bras La recherche ABB et ABB Robotique mènent un projet commun sur un robot téléguidé par l opérateur avec retour d effort. Les mouvements du stylet (photo) seront émulés de manière synchrone par le robot qui fournira des informations d effort. Cette technologie de télé-opération associera l acuité et la puissance du robot aux capacités cognitives de l homme pour renforcer la précision et la sécurité de nombreuses applications comme la manutention, l assemblage et l enlèvement de matière. Les robots industriels sont actuellement conçus pour répéter inlassablement les mêmes tâches, dans des environnements bien cadrés. L automatisation robotisée de tâches dynamiques et non répétitives n a à ce jour pas pu être réalisée pour des raisons pratiques ou de coût. Or c est là que l opérateur voudrait pouvoir directement guider le robot. Les fonctionnalités de retour d effort en temps réel du robot permettront de respecter rigoureusement les valeurs limites de force pour empêcher les collisions, et les exigences de qualité. L opérateur pouvant se trouver à n importe quelle distance du robot, sa sécurité est facilement assurée. Les procédés sont optimisés en combinant mouvements pilotés à distance du robot et tâches automatisées. Cette télé-opération à capacités haptiques permettra à l opérateur non seulement de sentir ce que le robot sent, mais aussi de voir ce qu il voit. 8 revue ABB 1 13

9 La voiture électrique sur son nuage Le marché de la recharge des véhicules électriques (VE) est en perpétuelle évolution. Ses acteurs nécessitent des solutions de connectivité sûres et sécurisées pour une exploitation plus efficace et plus fiable que jamais. Chaque borne de recharge ABB est désormais dotée d une connexion internet qui répond aux besoins de flexibilité et de réduction des coûts des clients. L avenir du marché de la recharge des VE passe par les solutions de connectivité. En effet, l informatique en nuage, ou Cloud Computing, libère de la complexité et de la multitude de contraintes d espace, de temps, de puissance et de coût de l environnement informatique traditionnel. Les services en ligne permettent aux clients d ABB d exploiter cette technologie pour adapter le contenu des services qu eux-mêmes proposent à leurs clients, partenaires et fournisseurs. Le cloud constitue un formidable vecteur d économies pour les entreprises par l externalisation de leur informatique. Il autorise également la mise à jour et la maintenance des applications web sans avoir à diffuser ni à installer des logiciels sur des milliers de postes. Enfin, il garantit la compatibilité entre plates-formes. L offre de services en mode cloud d ABB inclut la télémaintenance et le télédiagnostic ainsi que des interfaces pour les applications de gestion des abonnements. La sécurité des données est conforme ISO Lire aussi «Station de services Cloud», p. 24. La maison réactive En 2010, ABB, la ville de Stockholm et l énergéticien Fortum invitèrent des scientifiques et entrepreneurs à plancher sur le futur réseau électrique urbain. Une pré-étude déboucha sur un habitat bâti sur le principe de la gestion active de la consommation électrique, mieux connu sous le concept générique de «réponse à la demande». L architecture, fondée sur les nouveaux standards du réseau électrique du futur (Smart Grid), relie le système électrique à l installation domotique du logement. ABB a réalisé et mis en œuvre un premier démons- trateur du projet en 2012 avec le système de réseau intelligent Ventyx couplé aux solutions domotiques Busch-Jaeger et ABB STOTZ-KONTAKT. (Rappelons que Ventyx et Busch- Jaeger sont des sociétés du Groupe ABB.) Au centre de cet édifice et, plus précisément, dans le tableau électrique du logement se trouve l interface de service énergétique «ESI» (Energy Service Interface), développée par Busch-Jaeger et les chercheurs ABB. L interface utilise la couche logicielle intermédiaire EEBus pour communiquer, notamment sur KNX, ZigBee et IP, avec les équipements domotiques et sécuriser la transmission avec l énergéticien et le compteur électrique du foyer. Tous les jours, elle reçoit des informations telles que la prévision à 24 heures des tarifs de l électricité et de la pollution par le CO 2. Partant des préférences de l occupant, des relevés du compteur et des informations du fournisseur, la logique de gestion énergétique de l interface ESI programme les consommations du logement de façon à réduire sa facture électrique et son empreinte écologique, sans sacrifier au confort. Trajectoires

10 À la carte Les dispositifs électroniques intelligents IED RIO600 d ABB (Intelligent Electronic Devices) dopent la capacité d entrées-sorties (E/S) des relais de commande et de protection Relion et des calculateurs de poste électrique COM600. Les E/S déportées RIO600 se composent d un module processeur et de communication, d un maximum de dix modules d entrées et de sorties logiques (40 canaux), et d une alimentation. Elles prennent en charge la messagerie GOOSE normalisée CEI Les RIO600 viennent ainsi étoffer la périphérie d un IED hôte en communiquant avec ce dernier sous protocole GOOSE. Elles se distinguent par une modularité standardisée qui se reflète aussi bien dans leurs caractéristiques constructives que dans la communication entre modules et leur conception. C est là une garantie d autonomie et d interchangeabilité. On peut combiner ces modules pour multiplier ou, à l inverse, réduire le nombre de variantes fonctionnelles, selon les besoins de l application. Le facteur de forme mécanique étant donné, inutile de revoir la conception du boîtier quand il s enrichit d une nouvelle fonction : le développement en est simplifié. Tous les modules existants (alimentation, communication et E/S) sont exploitables en l état. Et si l on a besoin d une fonction métier, il est toujours possible de concevoir et de greffer le module à l existant pour créer une toute nouvelle unité fonctionnelle standardisée. Prêt-à-porter informatique Les récents progrès des technologies de l information et de la communication ouvrent de nouveaux horizons aux applications nomades. Dans l industrie, les dispositifs mobiles sont capables de véhiculer toute l information utile permettant au personnel de mieux appréhender la situation mais aussi d assurer les tâches complexes issues de la high-tech. Cette informatique «à porter sur soi» promet d autres gains de performance, comme la possibilité pour l opérateur d interagir à sa guise avec l environnement, tel un kit mains-libres, tout en gardant un œil sur sa sécurité et sa santé. La recherche logicielle ABB explore de nouvelles pistes dans ce domaine. Elle a notamment mis au point une combinaison de sécurité qui, à l aide de capteurs cousus dans le vêtement et commandés d un mobile, collecte des données sur l environnement ( présence de gaz, température, etc.) du porteur. Autres applications prometteuses : des smartphones, tablettes ou lunettes spéciales à réalité augmentée qui fournissent au «mobinaute» l information contextuelle pour travailler mieux et en sécurité. Ventilation minière Un bon système de ventilation souterraine est vital pour la santé et la sécurité du personnel. Cet aérage interagit fortement avec la production. C est d ailleurs un poste extrêmement énergivore (de l ordre de 100 GWh/an) qui peut absorber 50 % de la consommation énergétique totale du site. Dans les mines souterraines modernes, de gros ventilateurs de surface insuf flent l air frais qui est ensuite diffusé par des ventilateurs de renfort et régulateurs sous terre. La «ventilation à la demande» est ici à la pointe des techniques de régulation, même si de nombreux sites miniers en sont dépourvus. Elle a pourtant ses lacunes : l absence de commande en boucle fermée et une modélisation complexe ou insuffisante du réseau de ventilateurs. ABB propose une nouvelle méthode exclusive de régulation coordonnée des ventilateurs pour la totalité de la mine, qui garantit une alimentation en air fiable et écoperformante. La modélisation s appuie sur les données remontées des capteurs d air. Des modèles multivariables décrivent la façon dont les variations de régime des ventilateurs influent sur les débits d air et la pression. S appuyant sur des paramètres obtenus par empirisme à partir des données d exploitation, ces modèles s adaptent sans peine aux nouvelles conditions du site. 10 revue ABB review ABB

11 Mesure éclairée En 2005, ABB lançait son capteur optique FOCS pour la mesure des courants forts (jusqu à 600 ka) de l électro-extraction. Ce capteur à effet Faraday (influence du champ magnétique créé par le courant à mesurer sur la vitesse de propagation de la lumière dans une fibre optique) trouve sa place dans bien des secteurs comme l électrolyse de l aluminium, la production de cuivre et de chlore. ABB a amélioré la technologie pour l adapter aux postes électriques. Nombreux sont ses avantages sur les transformateurs de courant traditionnels : fidélité (absence de saturation magnétique, par exemple), sécurité d exploitation, moindre empreinte écologique. Un premier capteur sera implanté dans des disjoncteurs à cuve sous tension de 420 kv ou 550 kv, permettant aux clients de réduire considérablement l encombrement du poste, surtout quand ce dernier se conjugue à des disjoncteurs-sectionneurs. C est en usine que le capteur est installé dans le disjoncteur de façon à ne pas gêner le montage sur site de l appareil. Aucune isolation supplémentaire n est nécessaire. Une armoire d extérieur, à proximité du disjoncteur, abrite l optoélectronique triphasée du capteur. Un bus de procédé optique CEI LE relie le capteur à la commande de tranche et aux circuits de détection. La redondance totale assure une disponibilité élevée : deux capteurs distincts par point de mesure sont logés dans un boîtier de tête de mesure et partagent le même câble optique de raccordement à l électronique. Un prototype de capteur pour poste électrique est opérationnel depuis près de trois ans. Les premières installations commerciales auront lieu courant Nouveaux composants de puissance BIGT En électronique de puissance, les topologies courantes intègrent des diodes en antiparallèle (con duction en sens inverse) aux composants actifs de commutation. Pour simplifier la fabrication et augmenter les densités de puissance, la tendance est à l intégration des deux dispositifs sur une même puce de silicium. En raison de difficultés techniques inhérentes, cette intégration a jusqu à présent été réservée aux semi-conducteurs de faible puissance comme les IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistors) et les MOSFET (Metal-Oxide Semi-conductor Field-Effect Transistors) ainsi qu aux applications spéciales 1. ABB vient de créer un nouveau produit qui intègre sur une seule puce un IGBT de forte puissance et une diode de protection (snubber). Ce nouveau concept, baptisé BIGT (Bimode Insulated Gate Transistor), cible en priorité les onduleurs à commutation dure. Les premiers prototypes de tensions nominales supérieures à 3300 V affichent des densités de puissance élevées et des performances globales accrues. Reprenant les principes de conception des IGBT de dernière génération, le BIGT intègre dans la même structure une diode antiparallèle optimisée. Outre l impact en termes de puissance et de taille, il offre une plus grande souplesse à l extinction dans les deux modes de fonctionnement ; il supporte des températures de service élevées et résiste mieux aux défauts en cas de court-circuit dans l IGBT et de courants de surcharge dans la diode, même lorsque ces deux composants fonctionnent en parallèle. De plus, en utilisant le même volume de silicium disponible dans les modes IGBT et diode, le nouveau composant présente une meilleure endurance thermique et, donc, une fiabilité accrue. La technologie monopuce BIGT constituera une solution idéale pour les applications haute tension de prochaine génération qui réclament des systèmes à la fois plus compacts et plus puissants. Note 1 Les semi-conducteurs bipolaires de grande surface comme les IGCT (Integrated Gate- Commutated Thyristors) sont également à intégration monolithique mais, dans ce cas, la diode et l IGCT utilisent des zones totalement séparées du silicium. Trajectoires Topic

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13 Concentré de puissance Des alimentations sans interruption modulaires et intelligentes Nicole Nägele Le rachat du spécialiste suisse des alimentations sans interruption (ASI), Newave Energy, permet aujourd hui à ABB de proposer une gamme complète d ASI regroupant toutes les exigences de la protection électrique : flexibilité, disponibilité et puissance. Newave s est imposé dans les moyennes et fortes puissances, segment le plus porteur du marché des ASI en pleine croissance. Son offre robuste et performante occupe une place de choix dans le catalogue ABB. Photo ci-contre L acquisition de Newave Energy dote l offre ABB d alimentations sans interruption toujours plus flexibles, disponibles et puissantes, au meilleur prix. I l y a à peine plus de dix ans, le dernier central téléphonique Strowger à relais électromécaniques cessait de fonctionner. Nombreux furent ces piliers des télé coms, installés dans les années 1920, à dépasser les 50 années de service. Une longévité impensable aujourd hui! La technologie évolue si vite que même des prévisions à dix ans, voire à cinq, sont quasi impossibles. La conception des ASI n échappe pas à la règle. Largement présents dans l industrie, le tertiaire, la recherche et le médical, tous secteurs soumis à la course au progrès, ces appareils doivent avoir la souplesse d adaptation aux besoins évolutifs de puissance. En effet, non seulement la charge secourue est appelée à croître avec l extension du matériel, mais les contraintes de surcharge peuvent devenir plus fortes, au gré des variations de qualité du courant. À cela s ajoute la criticité grandissante des infrastructures modernes. On l a vu récemment, des incidents électriques comme la panne qui paralysa des jours durant l informatique d une banque peuvent se chiffrer en centaines de millions de dollars. Il faut donc des ASI disponibles 24 heures sur 24, et la maintenance qui va avec! Le coût est également en ligne de mire. Rares sont les entreprises prêtes à signer aveuglément pour une solution de secours électrique n offrant pas toutes les garanties d efficacité énergétique, au cœur de leurs enjeux économiques et de leur démarche «verte». Autres facteurs de progrès des ASI modulaires : le rendement, la souplesse Les ASI sont largement présentes dans l industrie, le tertiaire, la recherche et le médical. et la disponibilité. La modularité promet de nettes réductions de la consommation d électricité et des émissions de CO 2 tout en permettant aux prescripteurs de planifier en souplesse les besoins immédiats et futurs de capacité et d espace 1. Assurances tous risques Newave Energy, grand nom des solutions d alimentation sans interruption, a rejoint ABB en mars Son offre comble le créneau des installations élec- Concentré de puissance 13

14 1 L évolutivité économise la puissance, réduit les émissions polluantes et simplifie la tâche du concepteur. 2 ASI modulaires : une cascade d avantages Rendement, flexibilité et disponibilité ont marqué le développement et l essor des ASI modulaires. triques pour grosses infrastructures informatiques (datacenters) et celui de la qualité du courant industriel. Si ABB est très présent sur le marché des ASI industrielles, Newave intervient dans la moyenne et forte puissance qui représente 50 % du marché global des ASI, avec un taux de croissance annuel de 6 % à 10 %. Précurseur des ASI modulaires sans transformateur, Newave dicte depuis 2001 les grandes tendances architec turales de la protection électrique. Il propose un catalogue complet d ASI traditionnelles à la fois autonomes et compactes, même si près de 70 % de ses ventes sont aujourd hui constitués d ASI modulaires triphasées. Le marché des ASI explose : de 6 à 7 milliards de dollars par an, il devrait atteindre 14 milliards d ici à 2017 [1]. Et pour cause : les technologies de l information absorbent plus de la moitié de la consommation d électricité. Rien qu aux États-Unis, les usages informatiques liés à Internet en captent près de 8 %, soit plus que l acier et la chimie [2]. Le rayonnement commercial et technologique des deux entreprises permettra au Groupe ABB d offrir une gamme complète de solutions de protection électrique aux clients de l industrie, du tertiaire et des datacenters. Des ASI modulaires La protection modulaire est aujourd hui le segment de croissance le plus rapide du marché des ASI triphasées. Évoluti- vité, maintenabilité et disponibilité sont ses points forts. Pourtant, toutes les ASI modulaires ne se ressemblent pas. Les ingénieurs de Newave ont bâti leurs ASI triphasées à double conversion sur l architecture décentra lisée et parallèle DPA TM (Decentralized Parallel Architecture) qui supprime les points uniques de défaillance : chaque module a ses propres équipements (cf. infra), formant une ASI à part entière 2. Grâce à une mise en parallèle judicieuse, les modules peuvent fonctionner en parfaite autonomie, sans interdépendances 3. Dans le cas improbable d une panne de module, le système tout entier continue de fonctionner normalement, la puissance du module défaillant en moins. Les ASI sont généralement surcalibrées, ce qui confère à l ensemble une très grande fiabilité. Dans l architecture DPA, chaque ASI intègre un commutateur statique, un redres seur, un onduleur, une commande logique, un tableau de commande et un chargeur de batteries. Même ces dernières peuvent être au besoin configurées séparément pour chaque module ; le système parallèle est ainsi totalement redondant. Tous les composants critiques étant doublés et distribués entre unités individuelles, les éventuels points uniques de défaillance sont éliminés. La possibilité de remplacer les modules en service, en toute sécurité, maximise la durée de fonctionnement du système. 14 revue ABB 1 13

15 3 La configuration parallèle permet à chaque module de fonctionner comme un seul système, sans interdépendances. 4 Les ASI modulaires investissent en masse les datacenters. SECTEUR Redresseur Commande logique Onduleur Commutateur statique Tableau de commande Redresseur Commande logique Onduleur Commutateur statique Tableau de commande Redresseur Commande logique Onduleur Commutateur statique Tableau de commande CHARGE Des ASI disponibles... La moyenne des temps de bon fonctionnement «MTBF» et la durée moyenne de réparation «MTTR» (Mean Time To Repair) sont les deux grands indicateurs de la disponibilité des ASI industrielles. La modularité optimise le MTBF, tandis que le remplacement rapide et simple des modules en fonctionnement (souvent déjà en stock ou procurés par un fournisseur de proximité) comprime le MTTR. D où une disponibilité accrue et des coûts réduits puisque les temps d intervention sur site et les risques de pertes de données ou de production sont minimisés. On allège également les stocks de pièces détachées spéciales tout en faisant l économie d intervenants hautement qualifiés sur site. Compacts Les ASI modulaires sans transformateur dictent les grandes tendances architecturales de la protection électrique. et légers, les modules peuvent être sans peine ajoutés ou remplacés en service ; un technicien suffit. efficaces... Le rendement énergétique est primordial ; à défaut, non seulement la perte directe d énergie grève le budget électrique et nuit à l environnement, mais de nombreux systèmes ASI ne pouvant se passer de climatisation, il faut encore plus d énergie et d équipements pour dissiper la chaleur excédentaire. Les ASI modulaires ABB ont le meilleur rendement énergétique. L offre Newave peut fonctionner en régulation de tension et double conversion, avec un signal du réseau en permanence redressé, puis reconverti en une sinusoïde pure par l onduleur. Elle peut aussi basculer en mode éco (> 99 %) ; la charge est alors très efficacement alimentée par le biais du commutateur statique et l onduleur n est sollicité que si la tension d entrée sort des tolérances. et économes Si l investissement initial dans un système réellement modulaire se révèle légèrement supérieur à celui d une ASI classique, la tendance s inverse quand on tient compte du coût total de possession. Le meilleur rendement énergétique et d autres économies font que le surcoût de la modularité est souvent amorti dès la première année d exploitation. L encombrement au sol étant toujours un critère privilégié, au vu de son coût, la compacité des produits ABB est un autre avantage économique sur les ASI traditionnelles. Tenter de répondre aux futures exigences de puissance avec des systèmes ASI auto nomes classiques peut entraîner un surdimensionnement qui creuse l écart entre la capacité installée et la taille de la charge critique réelle, occupant inutilement des mètres carrés onéreux. À l inverse, les ASI «rackables» peuvent être correctement dimensionnées en retirant ou en ajoutant des modules, selon les besoins de puissance, pour limiter l encombrement. Ce remplacement sécurisé des modules, ainsi que les importantes économies de temps de réparation, permettent d atteindre la disponibilité de 99,9999 %, cruciale pour les datacenters qui visent le «zéro arrêt» 4. ABB a désormais à son actif un catalogue complet de protections électriques pour mettre tous les types d applications industrielles à l abri des coupures, pointes et baisses de tension. Nicole Nägele Newave SA (société du Groupe ABB) Quartino (Suisse) nicole.naegele@ch.abb.com Bibliographie [1] Global Industry Analysts, Inc., Uninterruptible Power Supply (UPS) Systems: A Global Strategic Business Report, [en ligne], disponible sur : http// Power_Supply_UPS_Systems_Market_Report.asp, 1 er octobre [2] PRWeb, Global Uninterruptible Power Supply (UPS) Systems Market to Reach US$14 Billions by 2017, According to a New Report by Global Industry Analysts, Inc., [en ligne], disponible sur : uninterruptible_power/supply_ups_systems/ prweb htm, 11 novembre Concentré de puissance 15

16 Facteurs de puissance Qualité du courant : maux et remèdes Nicole Nägele, Sophie Benson-Warner Notre monde ne peut se passer d une alimentation électrique sûre et fiable. Or le courant fourni par le réseau n est pas toujours l onde parfaite sortie des centrales ; son transport et sa distribution sont le siège de défauts auxquels il convient de remédier par des mesures appropriées. Pour concevoir une installation de protection électrique, il faut commencer par bien cerner les différents types de perturbations de la tension et la nature des charges alimentées. Photo ci-contre Des problèmes d alimentation électrique menacent vos installations critiques? Les alimentations sans interruption fournissent en continu le courant de qualité indispensable à vos équipements. 16 revue ABB 1 13

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18 1 Alimentations sans interruption PCS100 UPS-I d ABB L a haute technologie améliore tous les faits et gestes de notre quotidien (confort, santé, travail, infrastructures, etc.). Mais ces bienfaits ont leur contrepartie : ils accrois sent notre dépendance à une fée électricité que l on voudrait sans défauts. Une panne électrique de grande envergure peut être lourde de conséquences. Aux États-Unis, les répercussions économiques des défauts d alimentation ont L offre de protections PCS100 d ABB affiche un très haut rendement et un faible coût total de possession. été amplement analysées. Si l on en croît la Galvin Electricity Initiative [1], les coupures et creux de tension, par exemple, coûtent aux Américains quelque 150 milliards de dollars par an en pertes de denrées alimentaires, baisses de productivité, etc. Certes, les pannes générales tendent à se raréfier mais elles restent onéreuses. Bien plus fréquents sont les creux de tension qui, cumulés, plombent la facture. Si des investissements dans le réseau peuvent évidemment en amélio- rer la performance, il est impossible de se préserver totalement de ces impondérables. En fait, il n est pas de réseau électrique sans pics, fléchissements et creux de tension. Certaines charges industrielles, comme les alimentations à découpage, les variateurs de vitesse et les moteurs, y sont relativement insensibles et peuvent donc se passer de protection supplémentaire, surtout si elles ne jouent pas un rôle critique ; elles restent tout de même vulnérables aux pannes totales. D autres charges (systèmes critiques ou équipements de procédés continus), pour lesquelles une coupure entraîne des redémarrages très lents, ont besoin d être protégées. Et que dire des équipements médicaux ou appareils de mesure ultrasensibles qui réagissent mal aux fluctuations, même dans la tolérance de tension normale de ± 10 % : la protection est ici impérative. 18 revue ABB 1 13

19 On peut améliorer la qualité de fourniture en modernisant le réseau : renforcer ou enterrer les lignes à proximité d arbres ou vulnérables aux perturbations d origine atmosphérique (foudre, orage), améliorer les systèmes de protection ou encore adopter une topologie en anneau. S il est souvent possible de réduire l incidence des coupures, il est plus difficile d éliminer les creux de tension. Sur un réseau fortement maillé, un défaut se propage rapidement, altérant l alimentation des charges sensibles. Même les réseaux les plus fiables et sûrs ont des Pics, déséquilibres de tension et variations de fréquence sont pris en charge par les ASI à double conversion et les protections PCS100 d ABB. problèmes de qualité du courant, le «sans faute» technique ayant toujours sa limite économique. Généralement, la solution la plus abordable, une fois réalisées les améliorations techniques du réseau, consiste à installer des conditionneurs de tension ou des alimentations sans interruption (ASI) pour protéger les charges sensibles. Ces protections sont souvent aux frais du consommateur. Pour autant, le courant de qualité délivré au compteur peut ne pas suffire aux exigences de certaines charges. Il est clair que le distributeur s engageant, de son côté, à fournir une tension irréprochable, la participation financière du client à la modernisation du réseau fait débat. En effet, plusieurs catégories de coût se cumulent : l investissement de départ pour acquérir et installer des appareils de réduction des défauts, mais aussi les dépenses courantes et les frais de maintenance auxquels s ajoutent les coûts des pertes énergétiques puisqu aucun équipement n offre un rendement de 100 %. De plus, ce matériel doit être fiable et facile à entretenir pour garantir performance et disponibilité. Autant de bonnes raisons de le choisir avec soin. De tout temps, les pertes élevées des ASI traditionnelles à double conversion (4 à 8 %) et les fortes contraintes de maintenance des batteries ou autre réserve d énergie ont dissuadé l industrie et le tertiaire de protéger intégralement leurs charges des fluctuations de tension. Force était d arbitrer entre, d une part, la fréquence des incidents électriques et les préjudices économiques, d autre part, les coûts d installation et d exploitation des protections. Aujourd hui, l offre PCS100 d ABB 1 inclut des appareils à très haut rendement et faible coût total de possession. Vite rentabilisés, ils favorisent l installation d équipements de réduction des incidents électriques. Souvent, certaines charges n ont pas besoin d être protégées, tandis que d autres nécessitent un conditionnement de la tension et les plus critiques exigent des ASI. Discerner ces différents cas de figure au moment de concevoir l installation électrique peut faire chuter les coûts et déboucher sur une solution optimale. Autres anomalies et parades Aujourd hui, les efforts de protection visent, à juste titre, les creux de tension et les coupures. Or ce ne sont pas les seuls défauts à coûter cher. D autres perturbations (pics, déséquilibres de tension et variations de fréquence) posent de gros problèmes aux charges raccordées, surtout dans les pays émergents. Ce sont là des applications toutes trouvées pour les ASI à double conversion et les protections PCS100 d ABB! Il arrive que les problèmes surviennent aussi chez le client (appels de courant par les charges). Les problèmes d harmoniques et de facteur de puissance, principales sources de préoccupation, peuvent alors être réduits avec des appa reils ABB comme le compensateur statique de puissance réactive PCS100 STATCOM-I. Les problèmes d harmoniques et de facteur de puissance peuvent être atténués par le compensateur statique de puissance réactive PCS100 STATCOM-I d ABB. Nicole Nägele Newave SA (société du Groupe ABB) Quartino (Suisse) nicole.naegele@ch.abb.com Sophie Benson-Warner ABB Discrete Automation and Motion Napier (Nouvelle-Zélande) sophie.benson-warner@nz.abb.com Bibliographie [1] Galvin Electricity Initiative: Heat Wave-Related Blackouts Preventable with Smarter, More Reliable Electricity Grid, [en ligne], disponible sur : heat-wave-related-blackouts-preventable-withsmarter-more-reliable-electricity-grid, 7 juillet Facteurs de puissance 19

20 Secours modulaire Les alimentations sans interruption gagnent en intelligence, en modularité, en souplesse et en disponibilité Sophie Benson-Warner Depuis de nombreuses années, les alimentations statiques sans interruption (ASI) sécurisent et fiabilisent la distribution électrique des installations industrielles et tertiaires. Rares sont les produits ayant investi autant d applications stratégiques : datacenters, salles informatiques, fabrication de semi-conducteurs, automobile... jusqu aux équipements médicaux de pointe. Les ASI ont toujours été conçues comme des appareils monolithiques, dépourvus de la flexibilité, de l évolutivité, de la maintenabilité et de la disponibilité si chères au client. Cette conception traditionnelle a laissé place ces dernières années à une nouvelle technologie résolument modulaire. ABB a une longue expérience de la fourniture et de la protection électriques, avec notamment une offre d ASI industrielles modulaires que viennent renforcer l acquisition de la société Newave Energy et sa toute nouvelle gamme d ASI de moyenne et forte puissance. 20 revue ABB 1 13