Groupes électrogènes
Comment brancher les générateurs
Générateurs

Les gros générateurs électriques (groupes électrogènes pour l'industrie) ont des connections standardisées. Mais comment les brancher correctement?

Générateurs universels


Voici le schéma électrique, démerdez-vous!
Les alternateurs pour petites puissances ont normalement 3 bobinages (et 6 connections), mais les alternateurs de grande puissance en ont 6 (et donc 12 connections).

Il y a chaque fois deux bobinages par pôle et ces deux bobinages peuvent être branchés en série ou en parallèle.

Cela permet de configurer l'alternateur pour produire du 120/208V (configuration très courante aux Etats Unis), mais également du 230/400V (Europe).

Des exemples de branchements d'alternateurs à 6 bobinages sont décrits plus loin sur cette page.


Un générateur électrique de l'armée américaine:
il fournit du courant sous 60Hz


Un générateur de l'OTAN:
il fournit 50 ou 60Hz

Ces tableaux de commande proviennent de générateurs de l'armée. Cela se voit à l'interrupteur Battle Short mettant en cours-circuit toutes les protections et permettant de faire fonctionner l'appareil en surchauffe ou sans pression d'huile. “A la guerre comme à la guerre”...
L'interrupteur Battle Short se trouve en bas à droite, protégé par un clapet (rouge à l'origine). Les versions plus récentes ont un scellé à briser sur l'interrupteur Battle Short.

 

Un générateur au sol pour avions: il fournit du 400Hz.
Notez qu'on trouve en plus de la fréquence de 50Hz et 60Hz une fréquence de 400Hz utilisée dans les avions. Cette fréquence plus élevée permettait d'utiliser des moteurs, des transfos et des appareils de régulation plus petits et moins lourds (l'idéal dans les avions). Cet avantage ne joue plus actuellement, car on utilise des systèmes de régulation électroniques qui fonctionnent aussi bien sur du continu que sur n'importe quelle fréquence.
Etoile basse tension (Wye low)
Etoile haute tension (Wye high)
Zigzag ou dog leg (monophasé)
High leg (monophasé, biphasé et triphasé)


Branchement d'un seul utilisateur monophasé sur un alternateur triphasé

J'ai installé plusieurs groupes électrogènes chez des entreprises près de chez moi. Il s'agit d'éleveurs de poules ou de porcs. Les étables sont équipées d'énormes ventilateurs qui doivent fonctionner en permanence car les animaux produisent du dioxyde de carbone qui doit être évacué. Sans ventilation, les animaux périssent dans l'heure. Le générateur démarre automatiquement au bout d'une minute en cas de coupure de courant. La puissance va de 50kW à 1.6MW (2.0MVA), le plus grand groupe était installé dans un conteneur (je crois que le fermier fait pousser du cannabis et utilise un générateur pour camoufler sa consommation excessive).


Un groupe électrogène universel a 3 bobinages, indiqués 230-240V. Un des bobinages a une prise médiane (étrange, non?). Ces générateurs permettent de fournir du courant au monde entier. La vitesse du moteur est réglable à 1500 ou 1800 tours/minute, pour fournir du 50 ou du 60Hz et la tension aux bobinages peut être réglée à 230 ou 240V.

Mais comment brancher
le groupe électrogène?

Connection en étoile


La connection classique comme nous l'utilisons en Europe est très facile à réaliser et produit du 230V entre le neutre et la phase (le branchement monophasé classique) et du 400V entre les phases. C'est la connection étoile, souvent indiquée 230/400V.

Il faut équilibrer la charge monophasée entre les trois phases (P1, P2 et P3), c'est pour cela que chaque générateur est équipé d'un ampèremetre par phase. Voyez l'exemple à droite, il s'agit d'une génératrice qui peut fournir continuellement 1.350kW (et 1.450kW en pointe), ce qui permet d'alimenter environ 200 ménages européens. Ce n'est que quand la charge est équilibrée que la puissance nominale peut être fournie.

Ce mode de connection est valable partout en Europe. C'est la manière de connecter les appareils qui détermine la tension.

Le générateur est mis à la masse (PE ou protective earth) et la masse est également connectée au neutre. Cela a comme avantage que les tensions ne sont pas flottantes et qu'une perte est détectée immédiatement. Il est très dangereux de faire fonctionner le générateur sans mise à la masse du neutre. Notez que le générateur est le seul endroit d'un circuit électrique où la masse doit être connectée au neutre. Le secondaire (électriquement isolé) des transfos dans les cabines de transformation doit aussi être mis à la masse.

Connection High leg delta


Certains pays utilisent un autre type de connection, surtout utilisé pour les zones résidentielles avec des connections au réseau 120/240V. Les habitations aux Etats Unis reçoivent aussi bien du 120V sur les prises et pour les petits appareils (éclairage), tandis que les grands consommateurs fixes sont alimentés en 240V. Le générateur est cablé en mode high leg delta. Le neutre et la masse sont connectés à la prise médiane d'un des bobinages. Les appareils peuvent être branchés en triphasé, mais uniquement en delta, pas en étoile, puisque le centre de l'étoile ne correspond pas au neutre. Ce type de connection est noté 208/240V

La tension de 208V (high leg ou wild leg) par rapport au neutre n'est pas utilisée pour des appareils monophasés: cette tension est utilisée pour des applications fixes spécifiques (réseau indépendant du réseau ménager).

Il est interessant de remarquer que les bobinages fournissent toujours du 230 ou 240V. C'est la manière de les brancher qui produit les différentes tensions.

Monophasé à partir d'un générateur triphasé

Triple split phase


La connection high leg delta produit une charge asymmétrique dès qu'on branche des utilisateurs monophasés. Le générateur ne peut fournir que 33% de sa capacité nominale s'il ne fournit du courant que sur une des phases. Certains générateurs ont 3 prises médianes (une à chaque bobinage) [ou 6 bobinages au lieu de 3]. Chaque prise médiane est mise à la masse, et on dispose de 3 sorties fournissant 120/240V (split phase ou diphasé).

Il n'est pas possible de mettre les 3 bobinages en parallèle à cause du déphasage de 120° de chaque bobinage. Pour un fonctionnement correct, il faut équilibrer la charge.

Monophasé un seul utilisateur

Utilisation d'une phase
Si on utilise uniquement une connection monophasé, le générateur sera chargé asymmétriquement (il produit un grognement caractéristique quand la charge n'est pas équilibrée). La puissance disponible est de 33% au maximum avec ce montage (courant maximal dans le bobinage et charge mécanique asymmetrique néfaste à long terme). C'est la connection la moins valable pour prélever du monophasé pour un seul utilisateur.

C'est un peu moins grave si on utilise la tension de ligne (deux phases sont utilisées), mais ici nous avons du 400V (tension composée) qu'il faudra rabaisser.

Dog leg ou zigzag
La connection dog leg (parfois aussi appellée "zig zag") est utilisée quand on a besoin uniquement de monophasé et qu'il n'est pas possible d'équilibrer la charge sur les différentes phases du générateur (un seul grand utilisateur).

La tension disponible est le double de la tension composée. Attention au branchement, il ne s'agit pas d'un triangle ouvert, mais d'un triangle avec une branche inversée (autrement aucune tension ne serait produite).

Double delta
Une connection similaire est la connection double delta qui n'est possible qu'avec un générateur ayant 6 bobinages. Cette connection est moins souvent utilisée car elle produit une charge non-équilibrée. Par contre les tensions de sortie sont plus stables (varient moins avec la charge) et ce circuit est utilisé quand on a besoin de deux tensions monophasées (courant biphasé ou split phase).

Ces deux connections permettent de charger l'alternateur à 50% de sa capacité effective (au lieu de 33% si on ne prélève du courant que sur une phase).

Si la source n'est pas un alternateur mais le réseau de distribution, on utilise souvent un transformateur Open delta qui permet de "transformer" le triphasé en monophasé. Une charge parfaitement équilibrée est moins nécessaire avec le réseau de distribution.

Récapitulatif

Reprenons rapidement les connections classiques comme indiquées sur le schéma. Ce générateur a 6 bobinages (12 fils) permettant de fournir une tension donnée et son double, mais cela ne change rien aux explications. L'alternateur pouvait être fourni avec plusieurs types de bobinages (type 6, 7 et 8) pour une tension légèrement différente.
  • Etoile parallèle et série
    C'est le type de connection le plus utilisé

  • Monophasé dog leg (ou zig-zag)
    Le bobinage simple et le bobinage double fournissent environ la même tension (à cause du déphasage). Le bobinage simple est branché à l'envers. La tension est normalement prélevée sur les deux extrémités de la jambe pour permettre une charge symmétrique. C'est le circuit normalement utilisé si on a besoin d'une seule tension monophasée.

  • Triangle série
    Pour permettre une connection high leg delta

  • Double delta
    Une connection comparable au monophasé open leg, mais qui nécessite un alternateur à 6 bobinages. Connection utilisée si on a besoin de split phase.
On retrouve parfois les indications low ou high correspondant au montage parallèle de deux bobinages (basse tension) ou série (haute tension), uniquement sur les alternateurs à 6 bobinages.

Il est possible de brancher un générateur au réseau pour le délester en cas de forte demande locale. On peut également connecter plusieurs générateurs ensemble pour qu'ils produisent plus de courant: voyez la page sur la synchronisation.

La construction et le fonctionnement d'un alternateur sont décrits ici.

Mise à la masse

Il ne faut pas confondre la masse et le neutre. Chaque appareil électrique et donc également les groupes électrogènes doivent avoir leur boitier métallique mis à la masse: cela permet d'éviter que les parties métalliques ne soient sous tension. Certains appareils avec double isolation ne doivent pas avoir de masse: il sont alors équipés d'une prise sans connecteur de masse.

Dans un fonctionnement en îlot, le générateur doit être mis à la masse par un cable jaune-vert connecté à un pieu métallique enfoncé dans le sol (respecter les normes). Tous les générateurs doivent être mis à la masse, même les petits générateurs portables.

Si le groupe est utilisé dans une installation fixe (en remplacement du réseau en cas de coupure de celui ci), c'est la masse de l'installation électrique qui doit être utilisée. Ici aussi il faut régulièrement controler que la masse réponde aux normes en vigueur.

Il faut également effectuer une Liaison Neutre-Terre (LNT) à un seul point de l'installation. Dans le cas d'une installation isolée du réseau (îlot), la liaison neutre-terre doit se faire dans le générateur. Dans le bornier, il y a deux connections qu'il faut relier s'il faut effectuer une liaison neutre-terre. (branchement N et PE à relier (PE = protective earth = terre).

Dans un réseau, il ne peut y avoir qu'une seule liaison neutre-terre pour éviter les courants parasites. Cette connection ne peut donc pas être effectuée si le groupe électrogène fonctionne en réseau connecté: normalement la connection se situe dans la dernière cabine de transformation. Un réseau est ici assimilé à une entité flottante (isolée par transformateur): sans liaison neutre-terre, le neutre (et donc également les phases seraient flottants), ce qu'il faut éviter.

Les deux graphiques montrent une liaison neutre-terre dans le cas d'un alternateur ou d'une cabine de transformation (où seule une phase est représentée).

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