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1 CHAPITRE 4 : DIMENSIONNEMENT ET CHOIX 1 - MESURES ET INFORMATIONS NECESSAIRES

1 CHAPITRE 4 : DIMENSIONNEMENT ET CHOIX 1 - MESURES ET INFORMATIONS NECESSAIRES AU DIMENSIONNEMENT D'UN GROUPE ELECTROGENE. 1.1 - Généralités Les groupes électrogènes peuvent servir à fournir de l'énergie dans les 3 conditions suivantes : - Soit fournir de l'énergie de base dans les centrales électriques; - Soit fournir de l'énergie de secours, au moment où l'énergie de base vient à manquer à la suite d'un sinistre ou d'une coupure du fournisseur d'électricité; Une troisième possibilité moins utilisée dans nos territoires mais très intéressante dans la mesure où la législation le permet : - Fournir de l'énergie de remplacement lorsque l’énergie de base est trop onéreuse, et, si possible, améliorer la rentabilité du groupe en récupérant, dans de bonnes conditions, l'énergie thermique perdue. 1.2 Définition des services (Suivant CAT) 1.2.1 Définition a) Facteur de charge Le facteur de charge d'un groupe électrogène vaut : Facteur de charge = Temps en % x Puissance en % Avec : Temps en % = Temps à puissance spécifique / Temps total de fonctionnement Charge en % = Puissance spécifique / Puissance nominale Exemple : Un groupe électrogène de 550 KW alimente une installation durant 2 heures / semaine. Durant ces 2 heures, il fonctionne à 400 KW pendant une heure trente (1,5 H) Les différentes grandeurs vaudront : Temps en % : 90 mn / 120 mn = 0,75 Puissance en % : 400 / 550 = 0,73 Facteur de charge sur 2 heures : 0,75 x 0,7272 = 54,54 % Le facteur de charge peut-être donné sous une autre forme (Qui revient au même) Facteur de charge = Energie totale sur la période de fonctionnement / Energie nominale totale sur la même période de fonctionnement Exemple précédent : (400 x 1,5) / (550 x 2) = 0,5454 % 2 Comme nous allons le voir au paragraphe suivant, ce groupe pourra être utilisé en service STANDBY. b) La puissance apparente nominale d'un groupe électrogène est toujours donnée, sauf indication contraire, pour un facteur de puissance de 0,8. On peut ainsi calculer la puissance nominale en kW pour laquelle est dimensionné le moteur thermique. P = S x 0,8 Exemple : Pour un groupe de puissance apparente 250 kVA, le moteur thermique pourra fournir une puissance active nominale de 200 kW 1.2.2 Service Secours Standby (Emergency Standby) Le nombre d'heures fonctionnement nominal est de 50 heures / an avec un maximum de 200 h / an. Le facteur de charge doit - être de 70% 1.2.3 Service Standby Le nombre d'heure de fonctionnement doit être au maximum de 500 heures / an avec un fonctionnement continu ne dépassant pas 300 heures Pas de surcharge possible. La puissance nominale standby est la puissance nominale prime + 10% Le facteur de charge maximum est de 70% de la valeur Standby 1.2.4 Service Prime Nombre d'heures illimitées, cependant, le facteur de charge ne doit pas dépasser 70% à 80% de la puissance prime sur une période de 24 Heures. Une surcharge de 10% d'une heure peut être autorisée sur une période de 12H. Ces surcharges ne doivent pas dépasser 25 heures /an 1.2.5 Service continu Nombre d'heure illimitée à 100% de la puissance nominale en service continu. Ce service concerne les groupes de base d'une centrale électrique Note : Il est évident que si un client souhaite un groupe secours pour secourir son installation électrique lors de la disparition du réseau et que celui-ci disparaît au moins 10 heures par jours, il devra choisir un service Prime ou Continu. Remarque très importante : Si un moteur diesel fonctionne à une puissance inférieure à 50% durant quelques dizaines d'heures, on accumule de l'huile entre les segments, dans les collecteurs d'échappement et dans le turbo à cause de la basse Température d'échappement (Inférieure à 250 °C) qui ne permet pas à l'huile de brûler dans les cylindres. 3 Si après cette période de fonctionnement à basse puissance, le groupe ne peut pas fonctionner à une puissance entre 80% et 100% du nominal, on peut s'attendre à des dommages irréversibles. Il faut alors trouver une solution telles qu’ajout de résistances électriques de charge ou pour des puissances importantes, fractionnement de la puissance en groupes plus petits. Cependant, si le fonctionnement en sous – charge n’a pas été trop long, mais que les signes sont déjà présents (Huile sortant du turbo à l’échappement, fumée,...), une mise en charge de 100% durant quelques heures permet de remettre le groupe en bon état. 1.3 Conditions de fonctionnement d'un groupe Les groupes sont limités dans leur puissance par les conditions extérieures s’appliquant à la fois sur la génératrice et sur le moteur 1.3.1 Limites thermiques liées à la génératrice Concernant les génératrices, leur limitation est surtout d'ordre thermique. 1.3.1.1 Limite liée à la classe de bobinage Les puissances des alternateurs sont définies pour des valeurs max de température ambiante de 40°C et d'une altitude de 1000 mètres (Sauf avis contraire) Les possibilités d'échauffement des bobinages sont caractérisées par des classes de fabrication. A l'heure actuelle, les classes dans lesquelles sont fabriqués les alternateurs sont la classe F et la classe H. Le tableau ci-dessous donne les échauffements possibles des classes F et H Note : L’échauffement est l’élévation de température par rapport à la température ambiante. Une marge de 10°C est autorisée pour tenir compte des points chauds qui peuvent apparaître dans le bobinage. Ainsi, pour un générateur prime, la classe F autorise une élévation de 105°C. La température maxi autorisée sera donc de 40 + 105 + 10 = 155°C. De même, si l’altitude dépasse 1000 mètres, un coefficient de déclassement doit être appliqué. 1.3.1.2 Limites liées aux conditions de fonctionnement de la génératrice Si la tension de fonctionnement doit être supérieure à la tension nominale du groupe de plus de 5%, un déclassement est obligatoire 4 1.3.2 Limites liées au moteur et à la génératrice 1.3.2.1 Zones de limitation du groupe électrogène Lorsque le groupe fonctionne avec un facteur de puissance supérieur à 0,8, la limite du groupe est donnée par la puissance active que peut fournir le moteur thermique. Par contre si le facteur de puissance est inférieur à 0,8, la limite du groupe sera donnée par la puissance apparente que peut fournir la génératrice. Dans le cas d'un facteur de puissance inférieur à 0,8 inductif, c’est l’échauffement des bobinages du stator puis ceux du rotor qui limitent la puissance. Dans le cas d’un facteur de puissance capacitif, la puissance est très vite limitée pour des questions d’instabilité. Ci-dessous : Zones théoriques de limitation Puissance réactive Inductive Puissance réactive Puissance réactive Capacitive Capacitive Zone Puissance GE 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7 La puissance nominale d ’un GE est lorsque le cosϕ ϕ ϕ ϕ est à 0,8 Zone Zone de de Surcharge moteur Surcharge moteur Puissance active Puissance active Intensité nécessaire Intensité nécessaire pour obtenir la pour obtenir la puissance nominale puissance nominale Puissance nécessaire Puissance nécessaire pour obtenir pour obtenir l’intensité nominale l’intensité nominale Représentation de l’intensité nominale Représentation de l’intensité nominale ZONES DE LIMITATION Zone limitation Zone limitation génératrice génératrice Zone limitation Zone limitation génératrice génératrice 5 ci- dessous courbe réelle d’une génératrice existante. Remarque : La limitation de la puissance active due au moteur n’est pas indiquée. On s’aperçoit sur cette courbe que la limitation en capacitif est très rapide, cela correspond à la zone d’instabilité du à la sous-excitation. 1.3.2.2 Limites liées à l'environnement L'altitude et la température ainsi que l'humidité, la poussière, les ambiances corrosives influent sur le comportement de la machine 0,9 0,8 0,7 0,4 0,8 6 L'altitude L'altitude et la température qui diminue la densité de l'air font que le moteur thermique doit être déclassé au-dessus de 40°C et de 1000 m. On estime la réduction de puissance à appliquer à environ 1% par 100 mètres d'élévation au- dessus de 1000 m La température de l'air ambiant La température de l'air influe aussi sur le refroidissement du moteur. Au-dessus de 40°C, un déclassement est nécessaire. L'humidité Dans des ambiances humides, un chauffage du stator de la génératrice est nécessaire. Des résistances (Space Heater) sont placées à l'intérieur du stator. Elles doivent chauffer la génératrice à une température d'au moins 5°C au-dessus de la température ambiante lorsque celle-ci est à l'arrêt 1.3.2.3 Les atmosphères corrosives et autres Le sel, les vapeurs corrosives et les moisissures peuvent attaquer l'isolation des bobines provoquant des courts-circuits. Les bobinages doivent alors être recouverts d'un revêtement spécial. 1.3.2.4 Les ambiances poussiéreuses. Les poussières aspirées par le système de ventilation de la génératrice peuvent abraser le revêtement isolant des bobines et provoquer des courts-circuits, de plus, l’accumulation de poussière sur les conducteurs gène leur refroidissement On doit alors utiliser des filtres à poussière situés dans les orifices d'aération de la machine. L'alternateur doit alors être déclassé car son refroidissement est diminué. De plus des capteurs de pression différentielle doivent être installés sur les filtres pour vérifier leur encrassement. De même le moteur thermique doit être muni de filtres spéciaux 1.3.3 Récapitulatif Si le uploads/s1/ cours-caterpillar-dimensionnement-d-x27-un-groupe-electrogene.pdf