Electricité
La synchronisation au réseau II
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Après avoir synchronisé deux générateurs, il peut se produire des conditions d'erreurs spécifiques. Mais avant de synchroniser, il faut que les groupes fonctionnent parfaitement quand il sont isolés, autrement cela ne sert à rien de tenter de les synchroniser. Nous décrivons ici quelques pannes possibles qui se produisent avec des générateurs synchronisés en fonctionnement en ilôt.
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Synchronisation II

Il est bon de savoir qu'un alternateur connecté au réseau (surtout s'il s'agit d'un réseau infini, comme le réseau de distribution) ne se comporte plus comme un alternateur qui fonctionne en mode isolé.

Ilot

  • Réglage du carburant:
    Modifie la vitesse de rotation du moteur et donc la fréquence du courant (la vitesse de rotation du moteur dépend également de la charge du moteur)

  • Réglage du courant d'excitation:
    Modifie la tension fournie par l'alternateur (la tension dépend également de la charge, et surtout du type de charge)

Réseau

  • Réglage du carburant:
    Modifie la puissance active fournie au réseau

  • Réglage du courant d'excitation:
    Modifie la puissance réactive fournie au réseau


Puissance fournie par le générateur


Courant fourni par l'alternateur

La régulation est un système fermé (avec feed back ou boucle de contre-réaction)
  • où on stabilise une valeur de sortie
      (par exemple la vitesse de rotation d'un moteur)
  • à une valeur déterminée
      (valeur de consigne)
  • par action sur une valeur réglante,
      (quantité de carburant injecté)

La stabilisation est le terme générique quand on précise pas comment la stabilisation est effectuée (par exemple alimentation stabilisée).


Voici quelques pages qui ont trait au fonctionnement et à la réparation de générateurs:

Introduction

La réparation de pannes qui ont trait à la synchronisation est plus ardue que la réparation de pannes de générateurs fonctionnant en mode isolé. Il faut faire appel à des professionel, surtout si le générateur est destiné à être branché au réseau de distribution.

Conditions préliminaires:
Nous avons synchronisé notre alternateur au réseau ou à un autre alternateur qui produit déjà du courant. Il tourne à la bonne vitesse et produit la bonne tension. Mais il ne fournit pas de puissance. Il doit maintenant pouvoir fournir de la puissance au réseau: aussi bien de la puissance effective que de la puissance réactive.

Il est bon de savoir qu'un générateur connecté au réseau se comporte différemment d'un générateur isolé du réseau.

Un générateur isolé a besoin d'une régulation de la vitesse (généralement assuré par un régulateur centrifuge de type Woodward) et d'une stabilisation de la tension (mesure de la tension par un transfo de tension).

Un générateur en réseau a besoin d'une mesure de la puissance fournie (aussi bien puissance active que réactive). Il faut donc en plus un transfo de courant qui va non seulement mesurer le courant, mais également la phase par rapport à la tension.

En cas de réseau iloté, il faut également une connection spécifique d'un générateur à l'autre pour pouvoir équilibrer la puissance fournie selon la demande. Il faut que chaque générateur produise la même quote part de puissance. Si on utilise des générateurs hétéroclites, il n'y a pas de connection standard. Il faut alors régler un droop (statisme) suffisant sur tous les générateurs (aussi bien en tension qu'en fréquence). La régulation sera plus lâche mais le système sera stable.

En cas de réseau infini, cette connection n'est plus nécessaire, le générateur travaille normalement sur programme: il est réglé pour fournir une puissance déterminée au réseau. Il reçoit en consigne la puissance à fournir, mesure la puissance effectivement fournie et corrige si nécessaire la quantité de carburant injecté.

Réparation de pannes
Lors du plan de délestage précédent, j'ai aidé à l'installation de générateurs pour des entreprises agricoles. Voici quelques pannes qui peuvent se produire.

Préalables:
Le générateur fonctionne correctement en mode totalement isolé: on peut régler la vitesse de rotation du moteur et la tension. Si ce n'est pas le cas, cela ne sert à rien de tenter de les synchroniser. Chaque générateur doit pouvoir fournir de la puissance en mode isolé et avoir un fonctionnement stable.

Courant trop important (plus important que ce que la charge a besoin)

La connection est établie et la puissance du générateur accouplé est augmentée. Bruquement le courant fourni augmente, jusqu'à faire fonctionner le sectionneur.

Cause de la panne:
Transfo de courant défaillant (il a probablement des spires en cours-circuit). Le transfo de courant doit toujours être connecté à une charge, autrement la tension aux bornes peut atteindre une valeur très élevée. C'est ce qui a probablement été le cas ici, avec comme résultat des spires du bobinage secondaire en cours circuit.

Le transfo de courant n'est pas nécessaire en fonctionnement isolé. Une fois la connection effectuée, le régulateur d'excitation va utiliser le courant (et surtout la phase) pour déterminer l'excitation.

  • Si le courant d'excitation est trop élevé, le générateur va produire trop de puissance réactive, qui va être absorbée par les autres générateurs: c'est la raison du courant trop important, qui n'est pas absorbé par l'utilisateur.
  • Si le courant d'excitation est trop bas, le générateur a besoin de puissance réactive pour produire son champ magnétique propre (dans les cas extrèmes, le générateur peut même "décrocher" du réseau).
Après avoir remplacé le transfo d'intensité et refait les réglages le générateur fonctionne normalement.

Il est également possible que la panne soit causée par un réglage incorrect du module d'excitation ou par une panne. Les réglages sont assez complexes car ils s'influencent mutuellement. Nous avons au maximum trois réglages:

  • Gain du transfo de courant: sert a adapter le fonctionnement du module au transfo de courant utilisé. Quand on remplace le transfo d'intensité, il faut le remplacer par un transfo avec un rapport identique (par exemple 500/1). Si ce réglage n'est pas présent, il faut nécessairement remplacer le transfo d'intensité par un modèle identique.

  • Statisme: un réglage correct est déterminé par comparaison avec les autres générateurs en fonctionnement isolé: on mesure la chute de tension quand on applique une charge. Le réglage du statisme est correct si la tension du générateur à tester chute dans la même proportion que les autres générateurs. Il ne faut surtout pas que la tension augmente quand on augmente la charge.

  • Régulation (stabilité): le test est ici aussi effectué en mode isolé: quand on augmente brusquement la charge, la tension peut chuter (par exemple de 10%) pour ensuite se stabiliser à 95% de la tension nominale (le 95% est causé par le réglage du statisme). Une augmentation du facteur de régulation permet un meilleur controle de la charge mais peut causer un fonctionnement instable (oscillation). Le bouton de régulation joue sur la stabilité dynamique du générateur.
Même avec des réglages corrects, il est souvent nécessaire de paufiner les réglages lors d'un fonctionnement en parallèle. Cela n'est pas nécessaire si les générateurs sont reliés par un cable de stabilisation. Un exemple de cable de synchronisation est donné ici.

Oscillations

Ici aussi, les générateurs fonctionnent normalement en mode isolé. Une fois la connection établie, il se produit une sorte d'oscillation. On entend nettement qu'un générateur fournit plus de puissance, puis moins de puissance et ainsi de suite. Brusquement le sectionneur est activé à cause d'un retour de puissance.

Pour déterminer l'origine de la panne, on a fait fonctionner les générateurs sur une charge ohmique simple (une série de radiateurs électriques). La panne apparait au bout de quelques secondes, avec l'oscillation qui devient de plus en plus importante. On voit principalement une oscillation sur l'indicateur de puissance (kW), mais déjà le bruit que produit le moteur est un signe que le problème se situe plutot du coté moteur.

Pour éliminer toute cause électronique, les circuits d'excitation ont été alimentés avec des alimentations stabilisées indépendantes pour fournir la tension de réseau correcte. Chaque alimentation est réglée pour que chaque alternateur fournisse la tension correcte. Lors de l'interconnection, l'oscillation apparait encore.

Une oscillation ne peut apparaitre que dans le cas d'une boucle de contre-réaction avec un gain. L'excitation est réglée manuellement et il n'y a donc aucune boucle de contre réaction dans cette partie. La boucle de contre réaction qui reste, c'est le régulateur Woodward. Le régulateur dose la quantité de carburant injecté pour maintenir une vitesse constante.

L'oscillation a pu être éliminée en modifiant le réglage du Woodward (ce travail a été effectué par un ancien garagiste qui s'est spécialisé dans l'entretien des groupes électrogènes).

Un autre cas d'oscillation était causé par la bobine de marche sur programme qui était interrompue: le woodward ne pouvait pas être commuté en mode de fonctionnement parallèle.

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