Surete Electrique Etablissements de Sante - Annexes.doc

ANNEXES

ANNEXE 1 LOCAUX A USAGE MEDICAL Guide pour le choix des mesures de protection contre les contacts indirects dans les locaux à usage médical (selon NF C 15-211)

Mesure P3 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26.

Local pour massage Salle de désinfection avant intervention Salle d'usage général Salle d'accouchement Salle EEG, ECG, EMG Salle d'endoscopie Salle d'examen ou de traitement Salle de travail Salle de stérilisation Salle d'urologie (différente d'une salle d'opération) Salle de radiodiagnostic ou radiothérapie autre que celles mentionnées en 20 et 24 Salle d'hydrothérapie Salle de physiothérapie Salle d'anesthésie Salle d'opération Salle préopératoire Salle de plâtre Salle de réveil Salle d'opération pour patients non hospitalisés Salle de cathétérisme cardiaque Salle de soins intensifs Salle d'examen intensif Salle de surveillance intensive Salle d'angiographie Salle d'hémodialyse Salle centrale de surveillance

P4

P5

P6

P7 X X X

X X X X X X X X

C C C C X C C C C C C

X X X X X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X

X X X

X X O O X X X X O X X X X X

X X X X X X X X X X X X X X X

X La mesure peut être appliquée O La mesure est obligatoire C La mesure est applicable si procédure intracardiaque

Mesure P3 : Limitation de la tension de contact. Mesure P4 : Dispositifs différentiels à haute sensibilité Mesure P5 : Schéma IT médical Mesure P6 : Séparation électrique individuelle (un transformateur de séparation par appareil d'utilisation) Mesure P7 : Très basse tension de sécurité médicale

ANNEXE 2 INSTALLATIONS DE SÉCURITÉ 2.1 CAS GENERAL Ce sont les installations qui doivent être mises ou maintenues en service pour assurer la sécurité du public en cas de sinistre et/ou faciliter son évacuation. On distingue : •

l'éclairage de sécurité,

•

les systèmes d'alarme et d'alerte,

•

les installations de détection automatique d'incendie, •

les circuits électriques éventuellement utilisés dans les installations fixes d'extinction,

•

les télécommunications et les signalisations intéressant la sécurité,

•

les équipements de désenfumage, •

certains équipements de sécurité spécifiques de l'établissement, à condition qu'ils concourent à la sécurité contre les risques d'incendie et de panique,

•

les surpresseurs d'incendie,

•

les compresseurs d'air des systèmes d'extinction automatique,

•

les ascenseurs devant être utilisés en cas d'incendie,

•

les installations nécessaires pour la remise au niveau d'évacuation des autres ascenseurs,

•

les pompes de réalimentation en eau,

•

les pompes d'exhaure.

Ces installations doivent être alimentées par une Alimentation Electrique de Sécurité (AES) conforme à la norme NF S 61-940. Parmi ces installations, les Systèmes de Sécurité Incendie (SSI) représentent l’ensemble des matériels servant à collecter toutes les informations ou les ordres liés uniquement à la sécurité incendie. Ils traitent et assurent les fonctions nécessaires à la mise en sécurité de l'établissement (centrale et systèmes de détection incendie, ...). Ces dispositifs doivent être alimentés par une Alimentation Electrique de Sécurité (AES). Ces AES peuvent être à batteries d'accumulateurs, selon annexe A de la norme NF S 61-940, ou avec des groupes électrogènes conformes à la norme NF E 37 312. L'éclairage de sécurité peut utiliser soit des blocs autonomes, soit une source centrale.

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Un groupe électrogène de remplacement peut être utilisé comme source de sécurité à condition qu'il soit conforme à la norme NF S 61-940 et que la puissance nécessaire pour assurer le démarrage et le fonctionnement de tous les équipements de sécurité incendie soit suffisante. Lorsque la source de remplacement comprend plusieurs groupes électrogènes, en cas de défaillance de l'un d'eux, la puissance disponible doit rester suffisante pour assurer le démarrage et le fonctionnement de tous les équipements de sécurité incendie.

2.2 CAS PARTICULIER DES IGH Les installations de sécurité des IGH comprennent : –

les équipements dont le maintien en service est indispensable pendant la durée du sinistre, et notamment : . l'éclairage minimum, . les ascenseurs et monte-charge accompagnés, . le désenfumage, . le secours en eau et les pompes d'exhaure, . la ventilation mécanique des locaux de transformation, si elle existe, . les télécommunications de l'immeuble.

–

les équipements situés dans les compartiments dont le maintien en service n'est nécessaire qu'au début du sinistre, et notamment : . les volets de désenfumage, . les détections et alarmes, . les signalisations de position des volets de désenfumage et des portes coupe-feu des ascenseurs.

–

les équipements indispensables, pour assurer la sécurité des personnes en cas de sinistre ou de défaillance des sources normales et de remplacement..

SOURCES DE SÉCURITÉ Les sources de sécurité doivent permettre d'assurer simultanément l'alimentation de toutes les installations de sécurité. L'énergie nécessaire à l'alimentation des installations de sécurité doit être obtenue à partir de plusieurs groupes moteurs thermiques générateurs, dont la puissance unitaire est déterminée de manière à fournir la puissance nécessaire au démarrage et au fonctionnement de tous les équipements de sécurité de l'immeuble en cas de défaillance de l'un de ces groupes. Lorsque les installations de remplacement sont alimentées à partir de la source de sécurité, cette défaillance doit provoquer automatiquement le délestage de l'alimentation des équipements ne concernant pas la sécurité.

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Les groupes électrogènes de sécurité doivent répondre aux normes NF ISO 8528 1 à NF ISO 8528-7 complétées avec les exigences de la norme NF E 37-312. Toutes dispositions, tant de conception que de réalisation, doivent être prises pour qu'un incident survenant sur l'un des groupes moteurs thermiques générateurs n'affecte pas le fonctionnement des autres groupes. Leur réserve de combustible doit assurer 36 h de fonctionnement. Un dispositif de surveillance à distance doit permettre aux services de sécurité de connaître la capacité de la réserve et doit commander une alarme dès que la réserve devient insuffisante. Les locaux où sont installés les groupes moteurs thermiques générateurs ne doivent pas se trouver à un niveau supérieur au niveau accessible aux engins des sapeurs pompiers, sauf si ces locaux se situent en toiture terrasse, les groupes dans ce cas sont alimentés au gaz. L'installation de groupes fonctionnant au gaz doit faire l'objet d'un examen par la commission technique interministérielle des immeubles de grande hauteur. Les caractéristiques des groupes électrogènes utilisés comme source de sécurité dans un IGH sont données en annexe 3.

DISTRIBUTION HAUTE TENSION Les sources de sécurité peuvent réalimenter les circuits à haute tension de l'immeuble aux conditions suivantes : –

tout poste alimentant des installations de sécurité doit comporter au moins deux transformateurs ; en cas de défaillance de l'un d’eux, l'ensemble des installations de sécurité doit pouvoir être réalimenté automatiquement par le ou les transformateurs restant en service,

–

les transformateurs doivent être du type sec (diélectrique liquide accepté si quantité < 25 litres) ; le refroidissement doit être naturel sans ventilation forcée,

–

Ils doivent être placés dans un local dont les parois sont de degré coupefeu deux heures et les portes de degré coupe-feu une heure. Ce local doit être ventilé directement sur l'extérieur (si la ventilation est mécanique, elle doit être alimentée par la source de sécurité),

–

toute canalisation à haute tension alimentant un poste desservant des installations de sécurité doit être doublée par une autre canalisation restant sous tension en permanence et se substituant automatiquement à la première en cas de défaut de celle-ci, sauf si les équipements de sécurité peuvent être alimentés à partir d'un autre poste,

–

les canalisations doivent être installées dans des vides de construction exclusivement réservés à cet usage, obturés après la pose de ces canalisations, de façon à ce que les parois des vides soient coupe-feu de degré deux heures. les obturations doivent être repérées et demeurer accessibles. Un vide de construction peut contenir plusieurs canalisations si une distance d'au moins 40 cm les sépare sur toute leur longueur.

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DISTRIBUTION BASSE TENSION –

chaque équipement de sécurité doit être alimenté par deux canalisations, sélectivement protégées, suivant des parcours distincts, à partir, d’une part du TGBT commun aux sources normales et de remplacement, et d’autre part du TGBT de sécurité, Les canalisations sont alimentées en permanence par la source normale ou de remplacement, et commutées automatiquement sur la source de sécurité en cas de défaillance des autres sources. Ces TGBT doivent être séparés et placés dans deux locaux différents, présentant entre eux un degré coupe-feu de deux heures.

–

les canalisations doivent aboutir à proximité immédiate de chaque équipement de sécurité, sur un dispositif commutant automatiquement l'alimentation sur la canalisation restant alimentée.

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ANNEXE 3 GROUPES ELECTROGENES 3.1 DÉFINITION Un groupe électrogène est constitué d'un moteur alternatif à combustion interne produisant de l'énergie mécanique, d'une génératrice transformant cette énergie en électricité, d'éléments de transmission de l'énergie mécanique (accouplement, réducteur, multiplicateur, ..) et d'éléments de montage et de support. Il est utilisé pour alimenter les installations sensibles en cas de perte de la source normale.

3.2 PUISSANCE La puissance d'un groupe électrogène s'exprime en kVA, sur la base d'un facteur de puissance (cos ϕ) théorique de 0,8. Le facteur de puissance réel est généralement supérieur à 0,8, la puissance dimensionnante est la puissance active. La norme ISO 8528-1 définit, pour un même groupe, trois puissances nominales en fonction du mode d'utilisation : –

Puissance continue (COP) La puissance continue est la puissance qu'un groupe électrogène est capable de fournir, en service électrique continu, pendant un nombre illimité d'heures par an, entre les intervalles normaux de maintenance et dans des conditions ambiantes définies. La maintenance est réalisée selon les prescriptions des constructeurs.

–

Puissance principale (PRP) La puissance principale est la puissance maximale disponible, sous charge variable, pendant un nombre illimité d'heures par an, entre les intervalles de maintenance et dans des conditions ambiantes définies. La maintenance est réalisée selon les prescriptions des constructeurs.

–

Puissance pour utilisation limitée (LTP) La puissance pour utilisation limitée est la puissance maximale qu'un groupe électrogène est capable de fournir jusqu'à 500 heures par an, avec un maximum de 300 heures en marche continue, entre les intervalles de maintenance et dans des conditions ambiantes définies, la maintenance est réalisée selon les prescriptions des constructeurs.

Un groupe électrogène dont la puissance nominale est définie en puissance pour utilisation limitée, mais qui serait utilisé avec un autre mode de fonctionnement, ne devra pas fonctionner à sa puissance nominale (cela revient à déclasser le groupe en puissance). Sinon, la durée de vie du moteur à combustion interne s'en trouverait réduite.

3.3 CLASSE

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Selon les exigences des installations alimentées, quatre classes sont définies : Classe G1

–

Groupe électrogène alimentant des installations pour lesquelles les contraintes de tension ou de fréquences sont mineures. Classe G2

–

Groupe électrogène alimentant des installations pour lesquelles les besoins en caractéristiques de tension sont sensiblement les mêmes que celle du réseau public. Des fluctuations temporaires de tensions et de fréquences peuvent être acceptées lors des variations de charge. Classe G3

–

Groupe électrogène alimentant des installations nécessitant des exigences sévères en fréquence, tension et forme d'onde. Classe G4

–

Groupe électrogène alimentant des installations nécessitant des exigences exceptionnellement sévères en fréquence, tension et forme d'onde.

3.4 DETERMINATION DE LA PUISSANCE La puissance disponible d'un groupe électrogène est la puissance nominale définie pour son mode de fonctionnement, à laquelle il faut déduire la puissance des systèmes auxiliaires et, le cas échéant, les pertes dans le transformateur élévateur et les transformateurs abaisseurs (groupe BT en secours sur un réseau HTA). Le dimensionnement d'un groupe électrogène doit tenir compte de la nature des charges alimentées et notamment des charges produisant des harmoniques (variateur de vitesse, éclairage fluorescent, équipement électronique, …), qui peuvent conduire à surdimensionner l'alternateur. La première étape consiste à réaliser un bilan des puissances, détaillant : –

les puissances nécessaires en fonctionnement normal,

–

les puissances des installations de sécurité :

–

.

en veille,

.

en cas d'incendie,

les puissances nécessaires au remplacement (selon NF C 15-211 et liste proposée au chapitre 3 « sources autonomes »).

Ces bilans des puissances doivent tenir compte du foisonnement (toutes les installations ne fonctionnent pas en même temps). Ils doivent être réalisés pour les périodes de consommations maximale et minimale. Pour les installations existantes, des mesures sur site facilitent l’élaboration de ces bilans des puissances. La seconde étape consiste à calculer la puissance nécessaire à l'utilisation. La puissance d'un groupe électrogène s'exprime en kVA sur la base d'un facteur de puissance (cos ϕ) théorique de 0,8. -105 -

Dans un établissement de santé, le facteur de puissance est en général supérieur à 0,8. La puissance dimensionnante est la puissance active (en kW). Par exemple, un groupe électrogène de puissance nominale 1 000 kVA sous cos ϕ de 0,8 ne pourra alimenter, dans une installation qu'une charge de puissance 800 kW. La puissance nécessaire doit être supérieure à la puissance active des installations à alimenter, cette puissance est établie lors du bilan des puissances. Si seule la puissance apparente est connue, la puissance active est calculée à partir du facteur de puissance moyen de l'installation. Lorsque l'installation comporte des batteries de condensateurs pour relever le facteur de puissance, ceux-ci sont souvent délestés lors du fonctionnement sur groupe. Dans ce cas, c'est le facteur de puissance hors condensateurs qui est à prendre en compte. Les impacts de charge ne devront pas dépasser 50 % de la puissance nominale du groupe, lors de la mise sous tension de certains équipements, notamment les moteurs (ascenseurs par exemple), le courant est nettement supérieur à sa valeur en régime établi, il dépend des modes de démarrage. La puissance ainsi obtenue sera affectée d'un coefficient multiplicateur k pour tenir compte de l'évolution prévisible des puissances. Ce coefficient est à estimer par les utilisateurs. A défaut, prendre k = 1,2. La dernière étape consiste à calculer la puissance de la centrale. La centrale doit couvrir la puissance nécessaire à l'utilisation et la puissance nécessaire à ses systèmes auxiliaires ainsi que les pertes dans les transformateurs (abaisseurs et élévateurs) en cas de raccordement sur le réseau HTA de l'établissement. Nota 1 : En présence de charges déformantes (onduleurs, électroniques de puissance, variateurs de démarrage des ascenseurs, ...) l'alternateur doit être surdimensionné de la moitié de la somme de ces charges déformantes. Nota 2 : Le fonctionnement à vide d'un groupe électrogène est préjudiciable à sa durée de vie et est fortement déconseillé. Si la puissance minimale nécessaire à l'utilisation (de nuit par exemple) est trop faible, il faut envisager d'installer deux groupes électrogènes fournissant chacun la moitié de la puissance nécessaire afin que la puissance minimale soit adaptée au bon fonctionnement d'un groupe (supérieure à 30 % de la puissance nominale d'un groupe électrogène). Nota 3 : Lorsque la centrale est raccordée en HTA, il faut tenir compte des courants magnétisant des transformateurs et des protections. Lorsque l'installation comprend un nombre important de transformateurs, il peut être envisagé de décaler leur réalimentation.

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Exemple de dimensionnement Puissance à secourir : 1 000 kW. Raccordement sur une boucle HTA alimentant trois postes de transformation équipés chacun d'un transformateur de 630 kVA (pertes transformateur 8 kW). Puissance estimée des systèmes auxiliaires de la centrale : 25 kW. Pertes transformateur élévateur : 10 kW. Puissance centrale : 1 000 kW + 25 kW + 10 kW + (3 x 8 kW) = 1 059 kW, soit 1 324 kVA (cos ϕ = 0,8). Avec k = 1,2 , cette puissance devient 1 589 kVA. On choisira un groupe de puissance nominale directement supérieure à cette valeur (1 600 kVA par exemple). Avec 350 kVA de charge déformante, l'alternateur sera dimensionné à : 1 589 + (350/2) = 1 764 kVA (valeur normalisée 2 000 kVA par exemple). Si en période creuse, la puissance descend à 300 kW, on choisira d'installer deux groupes de 1 000 kVA. Nota : La puissance nominale de l'alternateur n'est pas la puissance nominale du groupe électrogène. Il est donc important que la puissance nominale du groupe soit inscrite sur sa plaque signalétique, ainsi que le mode de fonctionnement pour laquelle elle est définie (en général, seul l'alternateur en est équipé, ce qui peut induire en erreur sur la puissance réelle du groupe électrogène).

3.5 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT GROUPE ÉLECTROGÈNE À DÉMARRAGE MANUEL En cas de perte de l'alimentation normale, l'exploitant démarre manuellement le groupe après un délai à définir en fonction des besoins de l'installation. Ce type de fonctionnement permet d’assumer des coupures longues pour des installations peu sensibles (niveau 3).

GROUPE ÉLECTROGÈNE À DÉMARRAGE AUTOMATIQUE En cas de perte de l'alimentation normale, le groupe démarre après une temporisation de 1 à 2 s pour tenir compte des micro-coupures, puis, lorsque sa tension et sa fréquence sont stabilisées, il assure l'alimentation des installations. Le temps de démarrage varie d'environ 5 à 10 s pour un groupe électrogène fioul à environ 1 min pour un groupe électrogène gaz. Pour une centrale composée de plusieurs groupes électrogènes couplés en parallèle, il convient d’ajouter le temps de synchronisation et de couplage.

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Ce type de fonctionnement permet d’assumer des coupures longues et une partie des coupures brèves (niveau 2). Les temps de démarrage des groupes électrogène fioul leur permettent d'être utilisés en tant que groupes de sécurité ERP ou de groupe de remplacement dans les établissements de santé. Les groupes électrogènes gaz ont des temps de démarrage plus longs (1 à 5 min) et supportent moins bien les impacts de charge. Ces groupes sont adaptés à une utilisation en production à charge constante. Ils ne peuvent être utilisés en groupes de sécurité, ni pour l’alimentation des dispositifs médicaux. Cependant, ils peuvent être employés en complément de groupe(s) électrogène(s) fioul, en secours ultime, ou pour l’alimentation d’installations peu sensibles.

DISPOSITIF DE DÉMARRAGE Le dispositif de démarrage peut être électrique, à l'aide de batteries d'accumulateurs, ou pneumatique, au moyen d'une réserve d'air comprimé. L'automatisme de démarrage doit permettre trois tentatives de démarrage à 5 s d'intervalle. Ce nombre est porté à six pour les groupes de sécurité. Il est recommandé de prévoir les deux dispositifs de démarrage, électrique et pneumatique, en redondance. Pour les puissances inférieures à 250 kVA, deux dispositifs électriques redondants suffisent (deux chargeurs, deux ensembles de batteries et deux démarreurs). Les ensembles chargeurs/batteries de démarrage des groupes de sécurité sont des Alimentations Electriques de Sécurité (AES) à batteries d'accumulateurs.

3.6 IMPLANTATION Les groupes électrogènes doivent être installés dans des locaux spécifiques accessibles exclusivement aux personnes averties et qualifiées. Ces locaux ne peuvent être en communication directe avec des locaux accessibles au public. Ils ne doivent pas être installés dans le même local qu'une chaufferie. Un groupe doit être acheminé dans le local, destiné à cet effet, sans avoir à le démonter. Ce local doit être largement ventilé vers l'extérieur. Le local doit être conforme aux dispositions du règlement de sécurité contre l’incendie (parois coupe-feu 2 h, portes de degré coupe-feu 1 h munies de dispositif d'ouverture anti-panique et s'ouvrant sur l'extérieur, éclairage de sécurité, appareils de lutte contre l'incendie appropriés, éventuellement appareils de détection, ...). Toutes dispositions doivent être prises pour que les gaz d'échappement soient évacués sur l'extérieur et ne puissent en aucun cas s’évacuer dans les locaux et dégagements.

3.7 ENVIRONNEMENT

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Les groupes électrogènes doivent respecter la réglementation pour la protection de l'environnement concernant les rejets à l'atmosphère et nuisances sonores (voir annexe 14).

3.8 CHOIX DU SCHEMA DES LIAISONS A LA TERRE Le schéma des liaisons à la terre est celui de l'installation alimentée. Lorsque la centrale est composée de plusieurs groupes en parallèle, le point neutre d'un seul groupe doit être mis à la terre. Si le raccordement de la centrale est effectué sur le réseau interne HTA, le régime de neutre de cette installation doit être de préférence TTR ou TNR avec une bobine de limitation du courant de défaut.

3.9 INSTALLATION En raison de la valeur élevée de l'impédance interne des groupes électrogènes, les courants de court circuit ou de défaut ont des valeurs beaucoup plus faibles, à puissance égale que l’alimentation assurée par un transformateur à partir d'un réseau HTA, ce qui entraîne certaines difficultés relatives aux conditions de protection. L'installation des groupes électrogènes doit être conforme aux règles de la norme NF C 15-100 et du guide pratique UTE C 15-401.

3.10 AUTOMATISMES Les automatismes doivent être les plus simples possible. Lorsque l’établissement est équipé d'automates programmables, il faut prévoir un contournement permettant de piloter manuellement la centrale en cas de panne d'un automate. Ce contournement manuel doit exister pour tous les automates : –

automates de gestion individuelle de chaque groupe,

–

automate commun aux groupes,

–

éventuellement, automate de gestion de la boucle HTA.

Ces contournements manuels ne doivent en aucun cas transiter par les entrées d’automates.

3.11 CONDENSATEURS Lors du fonctionnement des groupes en remplacement de l'alimentation normale, les batteries de condensateurs doivent être délestées, de façon à éviter la résonance harmonique liée à une puissance de court-circuit plus faible.

3.12 CLASSEMENT DES GROUPES ELECTROGENES

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Les groupes électrogènes sont classés, en fonction des installations qu'ils alimentent, en : –

groupes électrogènes de remplacement,

–

groupes électrogènes de sécurité.

Les groupes électrogènes de remplacement doivent répondre aux normes NF ISO 8528-1 à NF ISO 8528-7. Les groupes électrogènes de sécurité (GES) doivent répondre aux normes NF ISO 8528-1 à NF ISO 8528-7 complétées avec les exigences de la norme NF E 37-312. Cette dernière norme impose en particulier : –

Puissance : "un G.E.S. doit être défini soit en puissance continue (COP), soit en puissance principale (PRP). La puissance pour utilisation à durée annuelle limitée (LTP) est exclue",

–

Classe : un G.E.S. doit au minimum être de la classe G2 (selon norme ISO 8528.1).

–

Autonomie minimale de fonctionnement : les G.E.S. sont classés, selon leur autonomie de fonctionnement, en deux catégories : G.E.S. 12 h et G.E.S. 36 h.

–

Système de démarrage à air comprimé : l'énergie pneumatique doit être fournie par un réservoir maintenu en pression par un compresseur. Dès que la pression dans le réservoir est insuffisante pour assurer six tentatives de démarrage, le compresseur doit démarrer automatiquement et pouvoir fonctionner pendant 8 h au moins à la pression nominale, sans fatigue et sans présenter de signe d'échauffement anormal. La recharge totale du réservoir doit s'effectuer en moins de 2h. L'installation doit comporter un dispositif de purge manuelle ainsi qu'un dispositif de purge automatique en début de cycle.

–

Alimentation en secours de l'appareillage de commande du G.E.S. : elle doit être réalisée à partir d'une batterie d'alimentation distincte de la batterie de démarrage. Cette alimentation doit respecter les conditions applicables aux Alimentations Electriques de Sécurité (A.E.S.) à batterie d'accumulateurs.

–

Délai d'intervention : groupes électrogènes à temps d'intervention long avec un maximum autorisé de 10 secondes. Démarrage automatique : un certain nombre d'options sont prévues.

– –

Surveillance des groupes : un complément d'équipements de surveillance est requis. De plus, en cas de sinistre, les sécurités suivantes, qui en temps normal entraînent l'arrêt automatique du G.E.S, sont neutralisées : .

pression d'huile,

.

température du réfrigérant,

.

limite de charge.

Ces neutralisations doivent faire l'objet d'un enregistrement automatique.

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3.13 NORMES NF ISO 8528-1 entraînés par moteurs alternatifs à caractéristiques et performances,

Groupes électrogènes à courant alternatif combustion interne - Partie 1 : application, complété et modifié,

NF ISO 8528-2 entraînés par moteurs alternatifs à complété et modifié,

Groupes électrogènes à courant alternatif combustion interne - Partie 2 : moteurs

NF ISO 8528-3 Groupes électrogènes à courant alternatif entraînés par moteurs alternatifs à combustion interne - Partie 3 : alternateurs pour groupes électrogènes, complété et modifié, NF ISO 8528-4 entraînés par moteurs alternatifs à de modifié,

Groupes électrogènes à courant alternatif combustion interne - Partie 4 : appareillage commande et de coupure, complété et

NF ISO 8528-5 entraînés par moteurs alternatifs à électrogènes, complété et modifié,

Groupes électrogènes à courant alternatif combustion interne - Partie 5 : groupes

NF ISO 8528-6 entraînés par moteurs alternatifs à d'essai, complété et modifié,

Groupes électrogènes à courant alternatif combustion interne - Partie 6 : méthodes

NF ISO 8528-7 Groupes électrogènes à courant alternatif entraînés par moteurs alternatifs à combustion interne - Partie 7 : déclarations techniques pour la spécification et la conception, complété et modifié, NF E 37-312 Groupes électrogènes à courant alternatif entraînés par moteurs alternatifs à combustion interne Groupes électrogènes utilisables en tant que source de sécurité pour l’alimentation des installations de sécurité.

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ANNEXE 4 EJP 4.1 GENERALITES En période de faible consommation, les centrales hydrauliques et les centrales thermiques (notamment à combustible nucléaire) de grande puissance et de haut rendement sont suffisantes pour satisfaire à la demande. En revanche, en période de forte consommation, les distributeurs doivent utiliser en appoint des centrales plus anciennes et des équipements spécifiques, dont les coûts de production sont plus importants. L’année a été divisée en périodes tarifaires, en fonction de la consommation, pour tenir compte des coûts de production.

4.2 TARIFICATION EJP Les distributeurs ont créé une tarification spécifique appelée « Effacement Jours de Pointes » (EJP) pour inciter leurs clients à réduire leur consommation pendant les périodes de pointes afin de diminuer les coûts de production. Le client qui souscrit ce type de contrat est incité, par la tarification, à stopper sa consommation d’électricité issue du réseau de distribution, et à produire sa propre énergie pendant 22 jours, déterminés par le distributeur au cours de la période hivernale qui va de début novembre à fin mars. Le moyen de production est en général une centrale de groupes électrogènes. Nota 1 : Si le client ne respecte pas ses engagements (groupe en panne, ...) des pénalités qui peuvent être importantes lui seront facturées. Nota 2 : Grâce à une meilleure maîtrise des consommations énergétiques et à l'optimisation des moyens de production, cette tarification ne présente plus guère d'intérêt pour les distributeurs. Pour ces raisons, elle est devenue moins avantageuse pour les clients ces dernières années. Cette tendance devrait se poursuivre à l’avenir.

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4.3 UTILISATION D'UNE CENTRALE EJP POUR LE SECOURS DE L'ÉTABLISSEMENT Une centrale de groupes électrogènes fonctionnant en EJP et une centrale de secours répondent à des objectifs et des logiques différents : – la centrale EJP présente un intérêt économique lié entièrement à la tarification, – la centrale de secours assure la fiabilisation de l'alimentation électrique de l'établissement. Un certain nombre de contraintes, rappelées dans le tableau suivant sont liées au fonctionnement en EJP. Automatismes plus complexes maintenance et exploitation plus difficile

Protections de découplage plus complexes

Contraintes tarifaires : Respect des engagements d'effacement.

Contraintes environnementales : • Bruit (secteur hospitalier, zone résidentielle, ...), • Rejets à l'atmosphère La centrale EJP est considérée comme une centrale de production d’électricité. elle est soumise à une réglementation plus contraignante.

Le raccordement et le fonctionnement sont conçus pour fiabiliser la production en période EJP au détriment de la sûreté de fonctionnement du secours. Le choix de l'architecture du réseau (centrale raccordée en HTA) est notamment influencé par ce type de fonctionnement. La puissance de court-circuit des groupes électrogène en fonctionnement iloté (séparé du réseau public) est faible. Il peut s'avérer difficile d'assurer la sélectivité des protections dans ce cas. Cet inconvénient disparaît lorsque la centrale est couplée au réseau public en EJP.

Centrale EJP

Usure

des

groupes

plus rapide en raison d’un fonctionnement annuel de 396 h, au lieu de quelques heures pour les essais.

A moteur équivalent, la puissance disponible est inférieure en fonctionnement EJP. Les régimes de fonctionnement ne sont pas identiques aux groupes électrogènes de secours.

Pour l’ensemble de ces raisons, il est déconseillé d'utiliser une centrale EJP comme centrale de secours.

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ANNEXE 5 ALIMENTATIONS SANS INTERRUPTION (ASI) 5.1 ASI-STATIQUE DEFINITION Les ASI Statiques sont constituées d'un redresseur qui transforme le courant alternatif du réseau en courant continu, de batteries assurant la réserve d'énergie, d'un onduleur qui transforme le courant continu en courant alternatif de haute qualité, d'un by-pass statique et d’un by-pass manuel pour permettre la maintenance. Ces ASI sont communément appelées "Onduleur" par facilité de langage, l'onduleur n'est qu'un des éléments de l'ASI. On distingue deux types d'ASI statique : –

ASI avec onduleur "on-line",

–

ASI avec onduleur "off-line".

5.1.1 ASI on-line (appellation normalisée VFI selon norme européenne CEI 62040-3)

Réseau 1

Réseau 2

By-pass manuel

By-pass statique

Utilisation

ASI on-line En fonctionnement normal, l'utilisation est alimentée par l’intermédiaire du redresseur et de l’onduleur, sans sollicitation des batteries qui sont maintenues en charge. La régulation permet une tension et une fréquence de sortie de haute qualité.

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En cas de perte de l’alimentation normale, les batteries fournissent l'énergie nécessaire. L'autonomie standard est de 10 minutes, elle peut être supérieure mais ne dépassera pas quelques dizaines de minutes en raison des contraintes d'installation et de maintenance. Pour obtenir des autonomies de plusieurs heures, on associera l'ASI avec un groupe électrogène. Lors d’un défaut de l'onduleur, le by-pass statique permet une commutation rapide (< 0,5 ms) de l'alimentation de l'utilisation sur le réseau du distributeur. Un by-pass manuel permet de réaliser la maintenance de l'ASI et d'alimenter l'utilisation.

5.1.2 ASI off-line (Appellation normalisée VFD selon norme européenne CEI 62040-3)

Réseau 2

Réseau 1

By-pass manuel

By-pass statique

Utilisation

ASI off-line En fonctionnement normal, l'utilisation est alimentée par le réseau. Lorsque les caractéristiques de celui-ci deviennent inférieures aux valeurs définies, le by-pass statique commute l'alimentation de l'utilisation sur les équipements redresseur et onduleur. La commutation entraîne une coupure de quelques millisecondes (2 à 10). Un by-pass manuel permet de réaliser la maintenance de l'ASI et d'alimenter l'utilisation. Ce type d'ASI préserve l'utilisation contre une partie des coupures longues (ou toutes si elle est associée à un groupe électrogène) et des coupures brèves supérieures au délai de commutation. L'utilisation reste sensible aux microcoupures inférieures à 5 ms et aux perturbations du réseau du distributeur (en fonctionnement normal l’alimentation est assurée par le réseau, il n’y a pas de régulation). Ce type d'ASI est généralement utilisé pour l'alimentation d'utilisation de faible puissance (< 2 kVA) et de faible sensibilité (informatique tertiaire monoposte, par exemple).

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5.1.3 ASI Line Interactive ou active stand by (Appellation normalisée VI selon norme européenne CEI 62040-3) Son fonctionnement est identique à l'ASI off line. Ce type d’ASI est géré par un microprocesseur qui surveille la qualité de la tension du réseau. Un régulateur corrige la tension de sortie en cas de baisse prolongée de la tension du réseau. C’est une ASI off line améliorée qui limite les variations de tension de sortie, elle répond aux mêmes utilisations.

5.2 ASI DYNAMIQUE AVEC STOCKAGE DE L'ÉNERGIE PAR BATTERIES DEFINITION Elle se compose d'un redresseur qui transforme le courant alternatif du réseau en courant continu, de batteries constituant la réserve d'énergie, d'un mutateur qui transforme le courant continu en courant de forme carrée, d'un ensemble moteur/ alternateur aussi appelé transformateur tournant, d'un contacteur statique (schéma redondant) et un by-pass automatique.

B y -p a s s a u t o m a t i q u e

R ed r esseu r

M u ta teu r

M A

U tilisa tio n

E n sem b le m o teu r / a lter n a teu r B a tter ies

A S I D Y N A M I Q U E

a v e c s t o c k a g e d e l 'é n e r g i e p a r b a t t e r i e s

Le principe est similaire à une ASI statique. En fonctionnement normal, l'utilisation est alimentée par les équipements redresseur et mutateur, sans sollicitation des batteries qui sont maintenues en charge. En cas de perte de l’alimentation normale, les batteries fournissent l'énergie nécessaire (autonomie de 5 à 30 mn).

-116 -

Schéma avec redondance interne

B y -p a s s a u t o m a t i q u e

C o n ta cteu r sta tiq u e

M A

R ed r ess eu r

M u ta teu r

U ti lis a ti o n

E n s em b le m o teu r / a lter n a teu r

B a tter i es

A S I D Y N A M I Q U E

a v e c s t o c k a g e d e l 'é n e r g i e p a r b a t t e r i e s

a v ec r ed o n d a n ce i n ter n e

En fonctionnement normal, l'utilisation est alimentée par le réseau de distribution, par l’intermédiaire du contacteur statique (le rendement est plus élevé). Lorsque les caractéristiques du réseau deviennent inférieures aux valeurs définies, l'ensemble moteur/alternateur est alimenté par les batteries, via le mutateur. Ce type d'ASI préserve l'utilisation d’une partie des coupures longues (< 30 min), des coupures brèves et des perturbations du réseau du distributeur. L'ensemble moteur/alternateur rend l'utilisation indépendante des variations de la tension du réseau de distribution. Il permet de filtrer les harmoniques de tension venant du réseau et les harmoniques de courant générées par la charge. Sa puissance de court-circuit élevée, proche de celle du réseau, permet de maintenir la sélectivité habituelle. Il fournit les pointes de courant élevées et il produit l'énergie réactive consommée par l'utilisation.

-117 -

Schémas avec moteur thermique

B y -p a s s a u t o m a t i q u e

E n sem b le m o teu r / a lter n a teu r

M

U tilisa tio n

A R ed r esseu r

M u ta teu r E m b r a y a ge m éca n iq u e

B a tter ies

M A S I D Y N A M I Q U E

M o teu r th er m iq u e

a v e c s t o c k a g e d e l 'é n e r g i e p a r b a t t e r i e s

B y -p a s s a u t o m a t i q u e

C o n tacteu r sta tiq u e

E n sem b le m o teu r / alter n a teu r

M

U tilisa tio n

A

R ed r esseu r

M u tateu r

E m b r a y a ge m éca n iq u e

M

M o teu r th er m iq u e

B a tter ies

A S I D Y N A M I Q U E

a v e c s t o c k a g e d e l 'é n e r g i e p a r b a t t e r i e s

a v ec r ed o n d a n ce in ter n e

L'autonomie peut être augmentée en accouplant un moteur thermique et permet de protéger l'utilisation des coupures longues. Cet ensemble intégré est appelé No break. Le dispositif est à comparer avec l'association d'une ASI statique et d'un groupe électrogène. Le moteur thermique demarre lorsque la durée des perturbations du réseau devient supérieure à une temporisation de 10 secondes (la majorité des perturbations ne dépassant pas quelques secondes, le nombre de démarrages du moteur thermique est limité). Quand la tension du réseau revient, l'alimentation est assurée progressivement par le redresseur/mutateur. Le moteur thermique est isolé, puis arrêté après quelques minutes afin de permettre son refroidissement.

-118 -

Avec ce type de dispositif, il est possible d'alimenter un second départ. Il sera secouru par le groupe thermique mais ne sera pas « haute qualité ». Lorsque le moteur thermique a repris la charge et qu'il fournit la puissance à l'arbre du rotor de l'ensemble moteur/alternateur, l'inverseur permet l’alimentation du départ secouru. Le retour se fait également par basculement de l'inverseur. Le moteur thermique est dimensionné pour la somme des puissances « haute qualité » et secourues. B y -p a s s a u t o m a t i q u e

C o n ta cteu r statiq u e

E n sem b le m o teu r / alter n ateu r

M

U tilisatio n h au te q u alité

A

R ed r esseu r

M u tateu r

E m b r ay age m écan iq u e

M

M o teu r th er m iq u e

B a tter ies

U tilisatio n seco u r u e

A S I D Y N A M I Q U E

a v e c s t o c k a g e d e l 'é n e r g i e p a r b a t t e r i e s

a v ec r ed o n d a n ce in ter n e

5.3 ASI DYNAMIQUE AVEC ACCUMULATEUR CINETIQUE DEFINITION Elles de composent d'une inductance, d'un ensemble moteur/alternateur aussi appelé transformateur tournant, d'un redresseur/mutateur et d'une machine synchrone montée sur l'arbre d'un volant d'inertie tournant à vitesse élevée qui constitue l'accumulateur d'énergie. Schéma 1 D 3

D 1

I n d u cta n ce

D 2 U tilis a ti o n

M u ta teu r

M A E n sem b le m o teu r / a lter n a teu r M a ch i n e s y n ch r o n e

V o la n t d 'i n e r t i e

A S I D Y N A M I Q U E

a v ec a cc u m u la teu r ci n éti q u e

En fonctionnement normal, D1 et D2 sont fermés et l'utilisation est alimentée par le réseau de distribution via l'inductance.

-119 -

L'ensemble moteur/alternateur se comporte comme un alternateur pour le mutateur. Le redresseur/mutateur génère une tension à fréquence variable aux bornes de la machine synchrone et augmente progressivement la vitesse du volant d'inertie (jusqu'à 3 400 tr/mn), stockant l'énergie cinétique. Lorsque les caractéristiques du réseau deviennent inférieures aux valeurs définies, le disjoncteur D1 s'ouvre et l'accumulateur d'énergie cinétique fournit à l'ensemble moteur/alternateur l'énergie nécessaire pour alimenter l'utilisation (autonomie de 10 s à 2 min qui peut être augmentée en remplaçant l'accumulateur par des batteries). La machine synchrone du volant d'inertie fournit une tension régulée à fréquence variable. Le redresseur/mutateur redresse cette tension puis la module à une fréquence fixe de 50 Hz. Au retour de l’alimentation normale, avant la fin d'autonomie du système, l'ASI se connecte au réseau public en fermant D1, et recharge l’accumulateur. Si la disparition du défaut dépasse l'autonomie de l'accumulateur, D2 s'ouvre puis D3 se ferme. Ce type d'ASI protège l'utilisation contre les coupures brèves et les perturbations du réseau du distributeur. L'ensemble moteur/alternateur permet de rendre l'utilisation indépendante des variations de la tension du réseau et de filtrer les harmoniques de tension du réseau et de courant générées par la charge. Sa puissance de court circuit élevée, proche de celle du réseau, maintien la sélectivité habituelle. Il fournit les pointes de courant élevées et produit l'énergie réactive consommée par l'utilisation. Schéma 2 D 3

D 1

I n d u ctan ce

D 2 U tilisatio n

M u tateu r

M A

E n sem b le m o teu r / a lter n ateu r

E m b r ay age m écan iq u e

M ach in e sy n ch r o n e

M

M o teu r th er m iq u e

V olan t d 'i n e r t i e

A S I D Y N A M I Q U E

a v ec a ccu m u la teu r cin étiq u e

En accouplant un moteur thermique diesel ou gaz, on peut augmenter l'autonomie du système et préserver l'utilisation des coupures longues. Cet ensemble intégré est alors appelé No break. Le dispositif est comparable à l'association d'une ASI statique et d'un groupe électrogène. Le principe de fonctionnement reste identique au schéma 1. Le moteur thermique démarre lorsque la durée les perturbations du réseau devient supérieure à une temporisation en général de 10 secondes, la majorité des perturbations ne dépassant pas quelques secondes, le nombre de démarrage du moteur thermique est limité.

-120 -

Il fournit l’énergie au rotor de l'ensemble moteur/alternateur, entraînant l'arbre de ce dernier par un embrayage à roue libre. L'accumulateur est alors rechargé via le redresseur mutateur. Lorsque la tension du réseau revient dans les limites de tolérance, il y a synchronisation et couplage avec le réseau (fermeture de D1). Le moteur thermique s’arrête après quelques minutes pour permettre son refroidissement. Schéma 3 D 3

D 1

I n d u cta n ce

D 2 U tilisa tio n h a u te q u a lité

M u ta teu r

M A

E n sem b le m o teu r / a lter n a teu r

E m b r a y a ge m éca n iq u e

M a ch in e sy n ch r o n e

M

M o teu r th er m iq u e

V o la n t d 'i n e r t i e

U tilisa tio n seco u r u e

A S I D Y N A M I Q U E

a v ec a ccu m u la teu r cin étiq u e

Avec ce type de système, il est possible d'alimenter un second départ qui sera secouru par le groupe thermique, mais ne sera pas « haute qualité ». Lorsque le moteur thermique a repris la charge il peut réalimenter le départ secouru. Il est dimensionné pour la somme des puissances « haute qualité » et secourues.

-121 -

5.4 ASI DYNAMIQUE AVEC ROTOR ACCUMULATEUR DEFINITION Elles sont constituées d'une inductance, d'un générateur synchrone, d'un accumulateur d'énergie cinétique et d'un by-pass automatique. Schéma 1 D 3

D 1

I n d u cta n ce

D 2 U tilisa tio n

R o to r ex ter n e G én ér a teu r sy n ch r o n e

R o to r a ccu m u la teu r

M o teu r a sy n ch r o n e

M o teu r sy n ch r o n e 2 600 tr/mn

1 500 tr/mn

M o teu r au x ilia ir e d e la n cem en t R o to r a ccu m u la teu r

A S I D Y N A M I Q U E

a v ec r o to r a ccu m u la teu r

En fonctionnement normal, D1 et D2 sont fermés, D3 est ouvert. L'utilisation est alimentée par le réseau via l'inductance. Le moteur synchrone fonctionne en parallèle sur le réseau. Il entraîne le rotor interne du moteur asynchrone à 1 500 tr/mn. Les enroulements alternatifs du moteur asynchrone sont excités et le rotor externe tourne à une vitesse supérieure 2 600 tr/mn à 4 500 tr/mn selon les constructeurs. Le rotor externe accumule ainsi de l'énergie cinétique. Le système de régulation de tension agit sur le courant d'excitation de la machine synchrone permettant d'obtenir une tension de sortie stable. Lorsque la tension du réseau disparaît plus de 50 millisecondes ou varie de +/- 15 %, D1 s'ouvre. Le moteur synchrone devient instantanément alternateur, assurant la continuité d'alimentation de l'utilisation. La vitesse du rotor principal de l'alternateur est constante (fréquence de la charge de l'ordre de 49,8 Hz), pendant toute la période de disparition de la tension du réseau (2 s maximum à charge nominale), par un couplage inductif entre le rotor interne et le rotor externe du moteur asynchrone. Lorsque la tension du réseau revient, le rotor de l'alternateur remonte à sa vitesse nominale grâce au rotor externe du moteur asynchrone et se synchronise au réseau. Le couplage s'effectue alors par fermeture de D1. Si le défaut dépasse 2 secondes, la fréquence d'utilisation, devenue inacceptable, provoquera l'ouverture de D2 puis la mise en by-pass automatique (fermeture de D3) et l'arrêt de l'ASI.

-122 -

Ce type d'ASI protège l'utilisation contre les coupures brèves, de durée inférieure à 2 s et les perturbations du réseau du distributeur.

-123 -

Schéma 2

D 3

D 1

I n d u cta n ce

D 2 U tilisa tio n

G én ér a teu r sy n ch r o n e

R o to r ex ter n e

R o to r a ccu m u la teu r E m b r a y a ge m éca n iq u e

M

M oteu r th er m iq u e

M o teu r a sy n ch r o n e

M o teu r th er m iq u e

M oteu r sy n ch r o n e 2 600 tr/mn

1 500 tr/mn

R o to r a ccu m u la teu r

A S I D Y N A M I Q U E

a v ec r o to r a ccu m u la teu r

L'autonomie du système peut être augmentée en accouplant un moteur thermique, diesel ou gaz, et permet de protéger l'utilisation des coupures longues. Cet ensemble intégré est appelé No break. Le dispositif est comparable à l'association d'une ASI statique et d'un groupe électrogène. Le principe de fonctionnement reste identique au schéma 1. Le moteur thermique démarre lorsque la durée les perturbations du réseau devient supérieure à une temporisation en général de 1 seconde. Lorsqu'il a repris la charge, l'excitatrice du moteur asynchrone est sollicitée pour assurer la remontée de la vitesse nominale du rotor externe accumulateur et reconstituer sa réserve d'énergie cinétique. Quand la tension du réseau revient dans les limites de tolérance, le rotor accumulateur ayant repris sa vitesse nominale, le générateur synchrone est couplé avec le réseau (fermeture de D1). Le moteur thermique s’arrête après quelques minutes pour permettre son refroidissement.

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Schéma 3

D 3

D 1

I n d u cta n ce

D 2 U tilisa tio n h a u te q u a lité U tilisa tio n seco u r s

R o to r ex ter n e G én ér a teu r sy n ch r o n e

R o to r a ccu m u la teu r E m b r a y a ge m éca n iq u e

M

M o teu r th er m iq u e

M o teu r asy n ch r o n e

M o teu r th er m iq u e

M o teu r sy n ch r o n e 2 600 tr/mn

1 500 tr/mn

R o to r accu m u lateu r

A S I D Y N A M I Q U E

a v ec r o to r a ccu m u la teu r

Il est possible d'alimenter un second départ. Celui-ci sera secouru par le groupe thermique mais ne sera pas « haute qualité ». Lorsque le moteur thermique a repris la charge il peut réalimenter le départ secouru.

-125 -

5.5 GROUPES A VOLANT D'INERTIE (GVI) DEFINITION Ils sont constitués d'un moteur, d'un volant d'inertie, d'un alternateur et éventuellement d'un moteur thermique.

V o lan t d 'i n e r t i e R ésea u

A lter n a teu r

M

U tilisa tio n

M o teu r

R égu la tio n

G V I

En fonctionnement normal, l'utilisation est alimentée par le réseau, via le moteur, le volant d'inertie et l'alternateur. En cas de coupure ou de creux de tension, le volant d'inertie maintien la vitesse de l'alternateur dans des limites acceptables pendant 0,3 seconde à 1 seconde. Ce système protège l'utilisation contre une partie des coupures brèves et les creux de tension. Il a un mauvais rendement (75 à 80 %) et ne permet pas d’obtenir une fréquence de sortie stable. Son prix n'est plus compétitif par rapport aux ASI statiques. Pour ces raisons, ce type de dispositif a pratiquement disparu du marché.

5.2 GROUPES CONVERTISSEURS À COURANT CONTINU Dans ce type de dispositif, le moteur synchrone est remplacé par un moteur à courant continu alimenté par un redresseur ou des batteries, et permet de mieux réguler la vitesse de l'alternateur et de réduire la baisse de la fréquence de sortie. De même que les groupes à volant d’inertie, ces groupes tendent à disparaître. M o teu r à co u r a n t co n tin u

A lter n a teu r sy n ch r o n e

R ed r esseu r R ésea u

M

U tilisa tio n R égu la tio n V o la n t d 'i n e r t i e

C h a r geu r B a tter ies

G r o u p es co n v er ti sseu r s à co u r a n t co n ti n u

-126 -

TABLEAU COMPARATIF DES ASI

ASI STATIQUE On-line

Off-line

ASI DYNAMIQUE Interactive

transformateur tournant

Rotor accumulateur

Sans inductance

Avec inductance

Avec inductance et moteur thermique

Seul

Avec moteur thermique

1 à 800 kVA

0,25 à 2 kVA

0,3 à 5 kVA

150 à 1100 kVA

150 à 1650 kVA

150 à 1650 KVA

300 à 1000 kVA

75 à 1125 kVA

92

90

90

91 à 95

97,5

97,5

93 à 96

91 à 96

Tertiaire + industrie

Informatique monoposte

Informatique monoposte + serveur

Tertiaire + industrie

Tertiaire + industrie

Tertiaire + industrie

Tertiaire + industrie

Tertiaire + industrie

aux coupures < 5ms

oui

non

oui

oui

oui

oui

oui

oui

aux coupures brèves

oui

oui

oui

oui

10 s à 2 mn si volant d'Inertie

oui