L’alimentation électrique est essentielle pour de nombreux secteurs. Nous ne parlons pas seulement des interruptions de production, mais pour de nombreuses entreprises, une coupure d’alimentation ou une défaillance du système principal peut être vraiment critique si un groupe électrogène auxiliaire n’est pas disponible, comme c’est le cas dans les hôpitaux, les centres de données ou les institutions financières.
Pour garantir correctement cette alimentation d’urgence, un groupe électrogène doit être correctement dimensionné dès le départ, c’est-à-dire qu’il faut suivre des critères de conception qui nous permettent d’adapter chaque groupe aux besoins d’alimentation prévus, en tenant également compte des pics d’énergie spécifiques ou des prévisions de croissance à moyen et à long terme.
Quels sont donc les critères de conception d’un groupe électrogène performant pour les installations critiques ?
1) Puissance du groupe électrogène
La puissance d’un groupe électrogène est définie dans la norme ISO 8528-1, qui indique l’application, les caractéristiques nominales et les performances des groupes électrogènes à courant alternatif entraînés par des moteurs alternatifs à combustion interne. Ainsi, selon cette norme, la puissance d’un groupe électrogène est « la puissance électrique disponible aux bornes du groupe électrogène pour alimenter les charges, à l’exclusion de celle nécessaire aux services auxiliaires du groupe électrogène ».
Cette puissance est exprimée en KW, à la fréquence nominale et avec un facteur de puissance inductif de 0,8. De plus, elle est donnée sous certaines conditions environnementales :
- Conditions standard ISO 8528-1 : 100 kPa (150 m), 25º, 30% RH
- Conditions standard Electra Molins : 1000 m, 40º C, 30% RH
Chez Electra Molins, nous appliquons des conditions plus strictes afin que nos groupes électrogènes s’adaptent à une plus grande variété de situations. De plus, selon l’usage auquel le groupe est destiné, la norme ISO 8528-1 définit quatre catégories de puissance :
1. COP à puissance continue
Permet une charge constante pendant une durée limitée. Généralement appliqué aux groupes électrogènes de cogénération.
Source : ISO 8528-1
2. First Power PRP
Permet une charge variable pendant une durée limitée et un fonctionnement continu dans des installations normalement hors réseau.
b=0,7a
Source : ISO 8528-1
3. Puissance de fonctionnement limitée dans le temps LTP
Permet une charge constante (maximum 500 h/an). S’applique normalement aux groupes électrogènes fonctionnant en parallèle permanent avec le réseau pour couvrir les pics de demande (écrêtement des pointes).
Source : ISO 8528-1
4. Alimentation de secours ESP
Permet une charge variable (max. 200 h/an) et convient pour les pannes de courant d’urgence.
b=0,7a
Source : ISO 8528-1
2. Classe d’opération
La classe de fonctionnement est également définie par la norme ISO 8528-5 et détermine les limites de fonctionnement en fonction de la tolérance des charges aux variations de tension et de fréquence de l’unité.
| Clase G1 | Clase G2 | Clase G3 | Clase G4 | |
| Variation de fréquence en régime permanent | ≤2.5% | ≤1.5% | ≤0.5% | Cliente |
| Chute transitoire de la fréquence lors d’une connexion soudaine de la charge | ≤-15% | ≤-10% | ≤-7% | Cliente |
| Temps de transit de la fréquence | ≤10s | ≤5s | ≤3s | Cliente |
| Variation de la tension en régime permanent | ≤+-5% | ≤+-2.5% | ≤+-1% | Cliente |
| Chute de tension transitoire maximale sur la connexion de charge abrupte | -25% | -20% | -15% | Cliente |
| Temps transitoire de gestion | <10s | <6s | <4s | Cliente |
Source : ISO 8528-1
Pour les groupes électrogènes de puissance critique, la catégorie de puissance PRP du point précédent et la classe d’exploitation G2 du tableau s’appliquent, à moins qu’il n’y ait des spécifications différentes.
3. Caractéristiques des charges
Dans le cas de groupes électrogènes à haute performance destinés à des installations critiques, les caractéristiques suivantes sont définies pour les charges :
- Fréquence : 50 Hz ou 60 Hz.
- Nombre de phases : triphasé ou monophasé.
- Nombre de conducteurs : 3F+N, 3F sans neutre. Neutre artificiel.
- Tension : 400/230 V à 50 Hz, 480/277 à 60 Hz, MV>=1000 V.
- Charge totale maximale : S kVA, P kW.
- Régime : les régimes de démarrage stables et transitoires doivent être pris en compte.
- Séquence de connexion : considérez le scénario le plus défavorable, que toutes les charges soient connectées en même temps ou qu’elles soient décalées, et si elles sont décalées, qu’il y ait un ordre préétabli ou que nous puissions choisir celui qui est le plus favorable. Normalement, les grosses charges sont connectées au début et les onduleurs à la fin. Pour les groupes électrogènes à moteur turbocompressé, la première étape de charge se situe entre 40 % et 50 % de la puissance totale du groupe électrogène.
- Facteur de charge : pourcentage maximal de la puissance nominale consommée par une charge une fois que le transitoire de connexion a été surmonté.
- Par défaut, il est égal à FC=100%.
- Facteur de simultanéité : pourcentage maximum de charges fonctionnant en même temps. Par défaut, il sera FS=1.
- Une réserve d’au moins 10% doit être prévue pour les extensions futures.
4. Conditions environnementales
Chez Electra Molins, nous appliquons des conditions standard de 1000 m, 40º C et 30% RH, plus restrictives que celles requises par la norme ISO-8528. Si les conditions requises sont différentes, un déclassement est appliqué en fonction du fabricant du moteur et de l’alternateur.
Exemple de déclassement d’un alternateur (NIDEC, Leroy Somer)
Température ambiante
| ALTITUDE | 25 ºC | 40 ºC | 45 ºC | 50 ºC | 55 ºC | 60 ºC |
| 0 to 1000 m | 1.045 | 1 | 0.97 | 0.94 | 0.91 | 0.88 |
| 1001 to 1500 m | 1.01 | 0.97 | 0.94 | 0.91 | 0.88 | 0.85 |
| 1501 to 2000 m | 0.98 | 0.94 | 0.91 | 0.88 | 0.86 | 0.83 |
| 2001 to 2500 m | 0.95 | 0.91 | 0.88 | 0.86 | 0.83 | 0.8 |
| 2501 to 3000 m | 0.91 | 0.87 | 0.84 | 0.82 | 0.79 | 0.77 |
Source : NIDEC NIDEC
Exemple de déclassement de moteur (moteur Baudouin)
Source : Baudouin
5. Temps de démarrage
Dans les groupes électrogènes destinés aux installations critiques, le temps de démarrage est compris entre 10 et 15 secondes à partir de la commande de démarrage jusqu’à ce que la tension et la fréquence soient dans les limites. Il est important de prévoir des aides au démarrage, telles que l’élément chauffant du circuit de refroidissement du moteur, fournies par les services auxiliaires.
6. Séquence de connexion de la charge / premier échelon de charge autorisé
Le groupe électrogène a une puissance limitée par rapport au réseau, de sorte que la connexion et la déconnexion des charges provoquent des transitoires de fréquence et de tension. Par conséquent, nous devons prendre en compte les étapes de charge afin de limiter les chutes transitoires de V et F dans les limites admissibles de la classe de fonctionnement ISO 8528-5 choisie :
- Première étape : mise en marche après l’écoulement du temps de démarrage.
- Deuxième étape : repos après au moins 5 secondes.
Exemple 1 : Réponse d’une unité LTP de 715kVA (572kW)
Premier échelon de charge : 429kW (75%)
Facteur de puissance =1
Moteur : Baudouin 6M33G715/5E2
Alternateur : Leroy Somer 047FC
Source : Banc d’essai Electra Molins
Exemple 2 : Réponse d’une unité LTP de 1650kVA (1320kW)
Premier échelon de charge : 726kW (55%)
Facteur de puissance =1
Moteur : Mitsubishi S12R-PTTA2
Alternateur : Leroy Somer 50.2L8
Dans ce cas, le premier échelon de charge admissible dépend de la combinaison moteur-alternateur.
Source : Banc d’essai Electra Molins
7. Charges non linéaires
La distorsion harmonique de tension (THDU) provoquée par les charges non linéaires du groupe électrogène doit être prise en compte.
- THDU maximum avec charges linéaires : 5%
- THDU admissible avec charges non linéaires : 20%
Si les valeurs de THDU de 20% sont dépassées, il est recommandé de surdimensionner l’alternateur.
8. Charge minimale en régime permanent
Le fonctionnement du groupe électrogène avec une charge trop faible peut entraîner des problèmes de moteur, c’est pourquoi il n’est pas recommandé de le faire fonctionner avec moins de 30% de la puissance nominale connectée.
En conclusion, lors du calcul de la puissance du groupe électrogène, il ne suffit pas de connaître la puissance nominale des charges à alimenter. Il est également nécessaire de prendre en compte des facteurs tels que les conditions environnementales du site, la séquence de connexion des charges ou la présence de charges non linéaires susceptibles de provoquer des harmoniques de tension indésirables. L’évaluation correcte de ces facteurs déterminera le groupe électrogène le mieux adapté à chaque installation.
