Alimentation 24/7 : Disponibilité et Fiabilité Électrique

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24/7
Posté le 22 novembre 2022 par Formatis
24/7 : Disponibilité et fiabilité de l’alimentation électrique
Découvrez comment prévenir les temps d’arrêt imprévus de l’alimentation électrique tout en assurant le bon fonctionnement des applications et des bâtiments
essentiels.
Les produits et équipements testés et certifiés de Schneider Electric™, associés à des solutions innovantes, aident à prévenir les temps d’arrêt, à surveiller l’état de
l’installation électrique et à la remettre en service plus rapidement en cas de panne.
Introduction : Temps d’arrêt imprévu
La recherche de la fiabilité et de la résilience est une quête permanente
> La disponibilité et la fiabilité de l’alimentation électrique constituent un problème majeur et récurrent
Quel que soit le secteur ou le type d’installation, les temps d’arrêt représentent un risque coûteux pour la continuité des opérations.
Il est essentiel de repérer les vulnérabilités du système électrique afin de prévenir les problèmes potentiels et de prévoir des solutions permettant de les résoudre
rapidement et efficacement lorsqu’ils surviennent pour rendre l’exploitation aussi résiliente et efficiente que possible.
> Coût élevé des pannes pour les entreprises
Les coupures d’électricité non planifiées peuvent être extrêmement coûteuses pour une organisation.
• Selon une étude de Gartner, le coût moyen des pannes de courant est de 5 040 euros par minute.
• Un rapport d’Avaya, qui tient compte de divers facteurs, estime que ce coût varie entre 2 070 et 8 100 euros par minute.
• Dans le cas des data centers, le coût d’une coupure d’électricité est de 7 110 euros par minute, et dépasse 66 000 euros par événement en moyenne.
• Dans le secteur de la santé, on estime le coût moyen des coupures de courant à 7 796 euros par minute.
• Aux États-Unis, 40 % des entreprises industrielles et commerciales ont déclaré avoir récemment subi une panne d’électricité ayant coûté plus de 45 000 euros, et 2
% ont déclaré des pertes supérieures à 1,8 million d’euros.
• Selon une autre étude, le coût horaire d’une panne d’électricité pourrait dépasser 4,5 millions d’euros dans les secteurs verticaux tels que la finance, les médias,
l’industrie manufacturière, le transport et les entreprises de services d’utilité publique.
> Des pannes plus fréquentes
Les entreprises industrielles et commerciales d’aujourd’hui, qui dépendent de la technologie et de l’automatisation, ont besoin d’une alimentation électrique fiable
pour assurer leurs activités quotidiennes.
Toutefois, selon les données de la Banque mondiale sur la qualité de l’alimentation électrique, non seulement la fiabilité de celle-ci n’a pas augmenté, mais elle a
diminué dans de nombreux pays développés.
Alors que les défaillances du réseau public sont essentiellement liées aux conditions météorologiques extrêmes, pour les installations industrielles et commerciales,
les causes des pannes sont diverses.
La complexité croissante de l’infrastructure électrique, qui résulte notamment de la décentralisation de la production d’électricité et de la présence d’un grand
nombre d’appareils électroniques de puissance qui perturbent l’alimentation, engendre de nombreux risques cachés pour la disponibilité et la fiabilité de
l’alimentation électrique requise pour l’exploitation.
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> Améliorer la disponibilité, la fiabilité et la sécurité grâce à une conception intelligente et efficace du système
Outre l’amélioration de la sécurité, la disponibilité de l’alimentation électrique est probablement le principal souci de tout consommateur d’électricité.
Bien que les normes de la CEI portent essentiellement sur la sécurité, la disponibilité et la fiabilité constituent une préoccupation majeure.
S’agissant de la conception et de la spécification de systèmes électriques, Schneider Electric offre une large gamme de solutions à la plupart des secteurs d’activité et
à leurs applications connexes.
Si une conception appropriée du système est essentielle pour garantir un niveau élevé de disponibilité, la sélectivité (c’est-à-dire la coordination ou la discrimination
entre les caractéristiques de fonctionnement de deux ou plusieurs dispositifs de protection) joue également un rôle crucial en la matière.
La série de normes CEI 60364 prévoit la mise en œuvre de techniques de sélectivité pour les charges liées à la sécurité, telles que les systèmes d’extinction
d’incendie, les ascenseurs de sécurité, etc., afin d’éviter qu’une défaillance sur un circuit n’ait une incidence sur l’alimentation électrique d’autres circuits.
La sélectivité est souvent exigée par les réglementations locales ou dans des secteurs d’activité spécialisés tels que :
• les établissements de soins de santé,
• la marine,
• les structures de grande hauteur,
• les grands bâtiments publics.
La sélectivité des dispositifs de protection est également fortement recommandée lorsqu’il est important d’assurer la continuité de l’alimentation en raison de la
criticité des charges pour :
• les data centers,
• les infrastructures de transport,
• les industries de transformation essentielles.
Aujourd’hui, l’accélération de la transition digitale permet d’améliorer encore le temps de disponibilité des installations électriques.
Ainsi, EcoStruxure™ Power dématérialise la gestion des systèmes de distribution électrique basse et moyenne tension et la simplifie. Ses solutions fournissent des
données d’aide à la décision essentielles pour protéger les personnes et les installations, optimiser l’efficacité opérationnelle et assurer la continuité des activités, tout
en respectant la réglementation en vigueur.
Processus de conception
Le choix de l’architecture de la distribution électrique a un impact déterminant sur les performances de l’ensemble du système tout au long de son cycle de vie :
• L’optimisation de la conception du réseau et la sélection d’équipements compatibles peuvent réduire considérablement le temps d’installation ainsi que les efforts et
les compétences techniques requises.
• L’architecture peut influer fortement sur les performances opérationnelles liées à la qualité et à la continuité.
• Une conception optimale tient également compte de la phase de fin.
La conception d’un système électrique efficace passe par l’anticipation des besoins de l’utilisateur final pendant toutes les phases du cycle de vie. Il convient de
mener cette démarche dès le début du projet afin de maximiser les possibilités d’optimisation en fonction des exigences du client.
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Il est important de prendre en compte le poste MT/BT dans la planification dès le début du processus de conception, en raison des contraintes liées à l’environnement
et afin de garantir une flexibilité maximale au fur et à mesure de l’évolution des exigences du réseau électrique.
La conception d’une architecture de distribution électrique peut être décrite par un processus itératif en trois étapes.
Un tel processus offre de nombreuses possibilités d’amélioration continue et tient compte des caractéristiques de l’installation et des critères de performance à
satisfaire.
Ensemble du processus
Un système de distribution électrique entièrement optimisé peut alimenter de manière appropriée, plus rentable et plus sûre les charges existantes et prévisibles tout
au long du cycle de vie d’une installation. Le processus comporte les trois étapes principales suivantes (voir Figure ci-dessous) :
1. Choix des fondements de l’architecture de distribution
Il s’agit notamment de classer toutes les caractéristiques et exigences de l’installation et de déterminer l’impact de chaque élément sur le raccordement au réseau du
distributeur.
À la fin de cette étape, on dispose de plusieurs solutions de schémas de principe de distribution, qui constituent des ébauches du schéma unifilaire.
2. Choix des détails d’architecture
Cette étape consiste à définir l’installation électrique plus en détail. Elle tient compte des exigences définies à la première étape, ainsi que de tout critère
supplémentaire lié à la mise en œuvre et à l’exploitation de l’installation.
Un rebouclage est effectué sur l’étape 1 si les critères ne sont pas satisfaits. À l’issue de l’étape 2, on dispose d’un schéma unifilaire détaillé.
3. Choix technologique
Le choix des solutions technologiques permettant d’optimiser les performances du réseau est réalisé à cette étape, en fonction de l’architecture choisie. Ces solutions
sont extraites des catalogues fabricants, afin de satisfaire les critères pertinents.
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Caractéristiques de l’installation électrique
Le choix de l’architecture de distribution électrique découle avant tout du type d’activité.
Type d’activité (selon la norme CEI 60364-8-1, § 3.4) :
• Bâtiments résidentiels – Locaux conçus et construits pour l’habitation privée.
• Bâtiments commerciaux – Locaux conçus et construits pour des opérations commerciales.
• Bâtiments industriels – Locaux conçus et construits pour des opérations de fabrication et de transformation.
• Infrastructure – Systèmes ou locaux conçus et construits pour les opérations de transport ou d’exploitation d’une entreprise de distribution d’électricité.
De nombreux facteurs influent sur la conception d’une installation électrique. Nous présentons ici les principaux critères à prendre en compte pour optimiser la
disponibilité de la future installation.
> Disponibilité du réseau public de distribution
Il s’agit de la capacité du réseau public de distribution à assurer l’alimentation pendant un certain intervalle de temps et dans des conditions données.
Différentes catégories :
• Disponibilité minimale – Les risques d’interruption sont liés à des contraintes géographiques, techniques ou économiques.
• Disponibilité standard
• Disponibilité renforcée – Des dispositions particulières sont prises pour réduire la probabilité d’interruption.
> Maintenabilité
La maintenabilité est fondamentale pour la sureté et la fiabilité des installations.
Elle est prise en compte dans le projet dès la phase de conception, afin de limiter l’impact des opérations de maintenance sur le fonctionnement de tout ou partie de
l’installation.
Différentes catégories :
• Maintenabilité minimale – L’installation doit être arrêtée pour effectuer des opérations de maintenance.
• Maintenabilité standard – La maintenance peut être effectuée pendant le fonctionnement de l’installation, mais entraîne une dégradation des performances.
Elle doit être programmée de préférence pendant les périodes de faible activité.
• Maintenabilité renforcée – Des dispositions particulières sont prises pour que les opérations de maintenance ne perturbent pas le fonctionnement de l’installation.
> Évolutivité de l’installation
Il s’agit de la possibilité de déplacer facilement des points de livraison de l’électricité à l’intérieur de l’installation, ou d’augmenter facilement la puissance fournie en
certains points.
Différentes catégories :
• Aucune évolutivité – La position des charges est fixe tout au long du cycle de vie, en raison de fortes contraintes liées à l’architecture du bâtiment ou à la lourdeur
du processus alimenté.
• Évolutivité de conception – Le nombre de points de livraison, la puissance des charges ou leur emplacement ne sont pas connus avec précision.
• Évolutivité de mise en œuvre – Des charges pourront être installées après la mise en service de l’installation.
• Évolutivité d’exploitation La position des charges varie au gré des réorganisations du processus.
Par exemple :
– bâtiment industriel (extension, fractionnement et changement d’affectation),
– immeuble de bureaux (fractionnement).
> Uniformité d’installation des charges
Cette caractéristique est liée à l’uniformité de la répartition des charges (en kVA/m2).
Les différentes catégories sont les suivantes :
• Charges uniformément réparties – Les charges sont en majorité de faible puissance unitaire et réparties dans tout le bâtiment.
Répartition intermédiaire – Les charges sont en majorité de puissance moyenne, et placées par groupes dans tout le bâtiment.
Charges localisées – Les charges sont en majorité de puissance élevée et localisées dans quelques zones du bâtiment.
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> Sensibilité des circuits aux coupures d’alimentation
Il s’agit de l’aptitude d’un circuit à accepter une coupure d’alimentation.
Différentes catégories :
• Circuit délestable – Coupure possible à tout moment pour une durée indéfinie.
• Coupure longue acceptable – Temps de coupure > 3 minutes.
• Coupure brève acceptable – Temps de coupure < 3 minutes. • Aucune coupure acceptable.On peut distinguer différents niveaux de gravité d’une coupure
d’alimentation électrique, en fonction des conséquences possibles : • Pas de conséquence notable, • Perte de production, • Détérioration de l’outil de production ou
perte de données sensibles, • Mise en danger de mort.Ceci se traduit par des niveaux de criticité d’alimentation de charges ou de circuits : • Non critique - La charge
ou le circuit peuvent être délestés à tout moment. Exemple : circuit de chauffage d’eau sanitaire.• Faible criticité - La coupure d’alimentation entraîne une gêne
passagère des occupants du bâtiment, sans conséquence financière. La prolongation de la coupure peut engendrer une perte de production ou une baisse de
productivité. Exemples : circuits de chauffage, ventilation et climatisation.• Criticité moyenne - La coupure d’alimentation provoque une courte interruption du
processus ou du service. La prolongation de la coupure peut se traduire par une détérioration de l’outil de production ou un coût de remise en service. Exemples :
groupes frigorifiques, ascenseurs.• Criticité élevée - Toute coupure entraîne une mise en danger de mort ou des pertes financières inacceptables. Exemples : bloc
opératoire, service informatique, service de sécurité.> Sensibilité des charges aux perturbations
Il s’agit de la capacité d’une charge à fonctionner correctement en cas de perturbation de l’alimentation électrique. Une perturbation peut entraîner des
dysfonctionnements plus ou moins importants.
Exemples : arrêt total, fonctionnement dégradé, vieillissement accéléré, augmentation des pertes.
Types de perturbations ayant un impact sur le fonctionnement des charges :
• Surtensions.
• Distorsion de tension.
• Chute ou creux de tension.
• Fluctuation de tension.
• Déséquilibre de tension.
Différentes catégories :
• Faible sensibilité – Les perturbations de la tension d’alimentation ont très peu d’effet sur le fonctionnement.
Exemple : appareils de chauffage.
• Sensibilité moyenne – Les perturbations de la tension entraînent une détérioration notable du fonctionnement.
Exemples : moteurs, éclairage.
• Haute sensibilité – Les perturbations de tension peuvent provoquer un arrêt du fonctionnement, voire une détérioration des équipements sensibles.
Exemple : infrastructure informatique.
La sensibilité des charges aux perturbations conditionne la réalisation de circuits d’alimentation communs ou dédiés. Il est en effet préférable de séparer les charges
sensibles des charges susceptibles de provoquer des perturbations électriques.
Exemple : séparer les circuits d’éclairage des circuits d’alimentation de moteurs.
> Pouvoir perturbateur des circuits
Il s’agit de la capacité d’un circuit à perturber le fonctionnement de circuits environnants par des phénomènes tels que les harmoniques, les courants d’appel, les
déséquilibres de tension, les courants haute fréquence, le rayonnement électromagnétique, etc.
Différentes catégories :
• Pouvoir perturbateur nul – Aucune précaution particulière à prendre. lourdeur du processus alimenté.
• Pouvoir perturbateur modéré ou occasionnel – Une alimentation séparée peut être nécessaire en présence de circuits à sensibilité moyenne ou élevée.
Exemple : circuits d’éclairage générant des courants harmoniques.
• Pouvoir perturbateur élevé – Un circuit d’alimentation dédié ou des moyens d’atténuation des perturbations sont indispensables pour assurer le bon fonctionnement
de l’installation.
Exemple : force motrice à fort courant de démarrage, équipement de soudure à courant fluctuant.
> Caractéristiques technologiques
Les solutions technologiques envisagées concernent les différents types d’équipements MT et BT, ainsi que les gammes de canalisations électriques préfabriquées
(CEP).
La sélection des solutions technologiques a lieu après le choix de schéma unifilaire et tient notamment compte des caractéristiques suivantes :
1. Environnement
Il est important de tenir compte de toutes les contraintes liées à l’environnement d’exploitation (par exemple, la température ambiante moyenne, l’altitude,
l’humidité, la présence de poussières, les risques de corrosion, l’exposition aux chocs, etc.) afin de déterminer les indices de protection IP et IK.
La bonne connaissance des conditions de fonctionnement en intérieur et l’adaptation à celles-ci permettent de prolonger la durée de vie des composants
électrotechniques.
Différentes catégories :
• Protection standard – Pas de contraintes environnementales spécifiques.
• Protection renforcée – Environnement difficile.
Plusieurs paramètres environnementaux génèrent des contraintes importantes pour l’équipement installé.
• Protection spéciale – Environnement spécifique nécessitant des mesures particulières.
2. Indice de service
L’indice de service (code IS) est un outil dédié permettant de concevoir les tableaux de distribution BT en respectant les critères des normes CEI 61439-1 et 2 et en
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