Electricité
La synchronisation au réseau
Genlock

Nous avons appris les bases du fonctionnement en parallèle, nous avons indiqué les conditions à remplir pour permettre le fonctionnement en parallèle et maintenant nous allons synchroniser nos groupes.

Synchronisation

Un synchroscope,
un voltmètre et
un fréquencemètre


Un synchroscope électronique


Un moyen de controle du synchronisme sont les ampoules en série sur les contacts du relais
(feux battants)


Un générateur conçu pour travailler seul ou en mode parallèle: remarquez les lampes de controle de synchronisation.


Synchronisation par inductances saturables

Conditions pour pouvoir synchroniser

Il faut que 5 conditions soient remplies pour pouvoir synchroniser. Il y a des conditions intemporelles (compatibilité), des conditions à régler (tension et fréquence) et une condition instantanée (phase):
  1. Les générateurs doivent être compatibles
    Voir conditions à remplir

  2. Les générateur doivent être branchés correctement (phase).
    Ce controle se fait le plus facilement avec les lampes de synchronisation. Quand la phase n'est pas correcte, il est impossible que toutes les lampes soient simultanément éteintes.

  3. La tension du générateur doit être identique à celle du réseau à connecter
    Le générateur à coupler peut avoir une tension légèrement supérieure

  4. La fréquence doit être identique
    On s'arrange pour que la fréquence du générateur à connecter soit légèrement supérieure (période de battement environ 5 à 10 secondes)

  5. Le couplage doit être effectué quand la différence de phase est minimale
    La différence de phase entre le générateur et les "barres" doit être la plus faible possible
Le couplage ne peut se faire que quand toutes les conditions sont remplies.

Pour établir le synchronisme, on utilise un synchroscope (avec un nom pareil, on est sûr qu'il ne s'agit pas d'une machine à éplucher les pommes de terres). En fait on utilise 3 appareils: un synchroscope, un voltmètre et un fréquencemetre.

  • On règle le courant d'excitation de l'alternateur pour produire une tension un peu plus élevée que le réseau (voltmètre). Il faut une excitation minimale pour éviter que le groupe générateur ne décroche. On est sûr, avec une tension légèrement supérieure au réseau que le générateur va fournir de la puissance au lieu d'absorber des vars en pure perte.

  • On règle la vitesse de l'alternateur avec le fréquencemètre. Il s'agit d'un indicateur qui se compose de languettes de longueur différente qui sont mise en mouvement par un champ magnétique. Une languette va entrer en résonance et vibrer plus que les autres: on voit ainsi la fréquence approximative de l'alternateur. Cette mesure n'est qu'un contrôle.

  • Avec le synchroscope, on controle la phase du générateur. Il s'agit d'un indicateur rotatif qui indique la différence de phase entre l'alternateur et le réseau. Tant qu'il y a une différence de fréquence, l'indicateur tourne dans un sens ou l'autre.
Un système de controle (en plus du synchroscope) est l'utilisation d'ampoules connectées entre l'alternateur et le réseau (feux battants). Tant que la vitesse de rotation (= fréquence) n'est pas correcte, les ampoules clignotent lentement. Quand le synchronisme est correct, les ampoules sont éteintes. Les ampoules ne sont jamais éteintes si les phases sont mal branchées. Il suffit alors d'interchanger deux des phases du générateur.

On règle la vitesse du générateur pour avoir une fréquence légèrement plus élevée que celle du réseau (l'aiguille tourne lentement dans le sens des aiguilles, maximum 4 tours/minute). Un peu avant que la différence de phase est nulle, on connecte l'alternateur au réseau (couplage).

Une fois le couplage établi, l'alternateur reste en synchronisme tant que la connection au réseau est stable et que l'excitation est suffisante. On peut augmenter la puissance du générateur, celui-ci restera en synchronisme. On peut comparer la mise en synchronisation d'un générateur à la synchronisation d'une boite de vitesse: il faut embrayer pour pouvoir engager une vitesse si on ne veut pas casser les engrenages!

Actuellement, l'opération de synchronisation et de couplage s'effectue automatiquement. Les modules de synchronisation controlent la puissance du générateur (sa vitesse de rotation) et le courant d'excitation (le voltage). Une fois le synchronisme atteint, le module commande les contacteurs.

Les générateurs portables ne peuvent pas être synchronisés, mais bon nombre de générateurs industriels ont un synchronisateur électronique. Ils sont soit synchronisés ensemble (fonctionnement "en ilot") pour obtenir localement plus de puissance, soit synchronisés au réseau de distribution ("réseau infini"). Du point de vue d'un générateur, il n'y pratiquement pas de différence entre la procédure de synchronisation au réseau de distribution ou la synchronisation à un autre générateur déja connecté localement.

Le fonctionnement d'un synchroscope est décrit ici.

Groupe électrogène de secours

Quand on a absolument besoin d'électricité 24h/24 on utilise un générateur synchronisé au réseau, mais qui ne produit pas de courant (il s'agit souvent d'une turbine à gaz). Le générateur consomme une petite quantité de carburant, juste assez pour compenser les pertes mécaniques. On dit que l'alternateur flotte sur le réseau.

En cas de besoin, le générateur prend instantanément le relais tandis qu'un sectionneur coupe la connection au réseau. Le générateur peut aussi servir à éliminer les pics de consommation ou à prendre le relais pendant les heures de pointe. Il permet de réduire la facture des gros clients (les pics de consommation sont fortement surtaxés et l'électricité produite localement revient moins cher).

Un groupe électrogène classique (non synchronisé) à démarrage automatique demande 10 secondes pour démarrer (à chaud) à plus d'une minute (à froid) avant qu'il puisse fournir sa puissance nominale.

Courant et puissance

Une fois le couplage établi:
  • La puissance produite par un générateur synchronisé dépend de l'apport d'énergie (carburant dans le moteur, gaz ou vapeur dans la turbine, etc). On règlera donc chaque générateur pour que la puissance qu'il fournit au réseau est pratiquement identique pour chaque générateur.

    Il est très rare qu'un alternateur absorbe de la puissance, cela n'arrive qu'en cas de panne du moteur (manque de carburant). Dans ce cas, un sectionneur (contacteur à retour de puissance) va déconnecter l'alternateur.

  • Le courant que fournit un générateur dépend de l'excitation. Si l'excitation est trop faible, la tension aux bornes du générateur est trop basse et du courant circule des autres générateurs vers le générateur sous-excité. Si l'excitation est trop forte, il y a un surplus de courant qui est fourni par le générateur. Il s'agit de courant déwatté, c. à.d. du courant qui circule en pure perte. On règlera l'excitation de chaque générateur pour que le courant de chaque générateur soit pratiquement identique.

    Dans le cas extrème, le courant va circuler en pure perte d'un générateur à l'autre au lieu d'alimenter la charge. Ce courant limite la puissance que les groupes peuvent fournir.

Synchronisation par selfs ou inductances saturables

Dans le cas de groupes qui sont régulièrement connectés et déconnectés du réseau (centrales électriques qui doivent absorber les pics de consommation) on utilise un système un peu plus spécial pour connecter le générateur au réseau. Même dans le meilleur des cas, lors de la connection ou de la déconnection au réseau, il y a toujours un courant plus ou moins important qui circule dans le contacteur.

Un des premiers systèmes utilisés était de connecter le générateur au réseau via une forte self-induction (qui agit ici comme résistance et limite le courant). Quand la synchronisation est atteinte, on ferme le contacteur B. Le courant qui circule dans la self va caler le générateur dans sa meilleure position. On ferme maintenant le contacteur A. Le courant de pointe qui circule est très inférieur et réduit l'usure des contacts. On peut maintenant augmenter la puissance et la tension du générateur.

Mais on peut faire encore mieux en utilisant des inductances saturables, en fait trois self-inductions variables. Ici aussi on ferme le contacteur B. Comme la self-induction est très élevée, le courant d'égalisation est faible. On applique maintenant un courant continu aux inductances qui entrent en saturation. Sa résistance devient environ mille fois moindre et un courant d'égalisation plus important peut circuler qui va caler le rotor du générateur dans la bonne position. On ferme maintenant le contacteur A, on coupe l'alimentation continue des inductances et on augmente la puissance du générateur.

Avec le système à inductances saturables, on limite le courant lors de la ferméture des contacts, on réduit les pics ou les chutes de tension sur le réseau, et ceci même si le générateur n'était pas parfaitement synchronisé au départ. Les contacteurs s'usent moins vite.

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