Power Quality au Major Americaines. Usine de montage automobile avec système d'alimentation double utilitaires
| Facilité | États-Unis majeurs. usine d'assemblage d'automobiles — 3,200 workers |
| Configuration de l'alimentation | Sous-station dédiée alimentée par deux lignes de transmission indépendantes |
| Système de surveillance | Moniteurs I-Sense sur chaque ligne de transmission — enregistrement continu de la forme d'onde |
| Événement | Défaut ligne à ligne induit par le vent à l'entrée de la sous-station de la ligne de transport #1 |
| Durée d'affaissement | 4.8 cycles (0.09 seconde) sur la ligne défaillante avant transfert automatique |
| Interruption | 9.8 secondes en ligne #1 après élimination du défaut — Ligne #2 approvisionnement maintenu tout au long |
| Tension restante pendant l'affaissement | 68% — au-dessus du 50% seuil pour les correcteurs d'affaissement standards |
| Constatation clé | La double alimentation a évité une interruption de plusieurs heures mais n'a pas éliminé la chute de tension, qui provoquait quand même des perturbations du processus. |
01 Contexte - La stratégie à double alimentation
Pour les clients industriels dont les processus ne peuvent tolérer les interruptions d’approvisionnement, les services publics proposent généralement un service à double alimentation: l'installation est alimentée par deux lignes de transport indépendantes connectées à la même sous-station dédiée. Under normal conditions, la charge de l'installation est partagée entre les deux lignes. Lorsqu'un défaut survient sur une ligne, la charge de l'usine est automatiquement transférée à l'autre — une stratégie conçue pour fournir une alimentation quasi continue malgré les défauts d'une seule ligne.
Cette étude de cas, basé sur les données de surveillance sur le terrain d'un grand. usine d'assemblage automobile employant 3,200 workers, illustre à la fois la force et les limites de la stratégie à double alimentation: il est très efficace pour éviter les longues interruptions, mais cela n'élimine pas les chutes de tension de courte durée qui peuvent encore provoquer des temps d'arrêt importants des processus dans les environnements de fabrication sensibles..
L'événement a été capturé par les moniteurs I-Sense – qui font partie de l'I-Grid™ système développé à Georgia Tech et commercialisé par Soft Switching Technologies. Les moniteurs I-Sense enregistrent les formes d'onde de tension et de courant continus et les événements d'horodatage avec la précision GPS, permettant une corrélation précise des événements sur plusieurs points de mesure. Ce multipoint, une approche de surveillance synchronisée dans le temps est essentielle pour identifier la source et le chemin de propagation des chutes de tension – une capacité que la surveillance en un seul point ne peut pas fournir.
02 L'événement - Défaut de transmission induit par le vent
Une tempête de vent a provoqué un défaut entre lignes au point d'entrée de la ligne de transport. #1 dans la sous-station dédiée. La séquence physique des événements, reconstitué à partir des données de surveillance I-Sense sur les deux lignes, était le suivant:
- Phase 1 — Déclenchement d'un défaut: Le défaut ligne à ligne est alimenté simultanément par les deux lignes de transmission. Le courant de défaut des deux lignes provoque une chute de tension qui se propage à tous les bus de charge en aval, y compris les charges de l'usine.. Les deux moniteurs I-Sense enregistrent simultanément la chute de tension, confirmant que l'affaissement provient d'un point commun aux deux lignes (le point d'entrée de la sous-station)
- Phase 2 — Élimination des défauts: Disjoncteurs ouverts pour isoler la ligne de transmission défectueuse #1. L'affaissement dure 4.8 cycles (environ 0.09 seconde) avant que les disjoncteurs ne fonctionnent
- Phase 3 — Transfert automatique: Toutes les charges de l'usine sont transférées à la ligne de transmission #2, which was unaffected by the fault. The Line #2 monitor records a return to normal voltage after the sag — no interruption on this line
- Phase 4 — Extended interruption on Line #1: The Line #1 monitor records a complete interruption lasting 9.8 seconds after the sag — the line remains de-energised while the fault is cleared and the line is restored. The plant is unaffected by this interruption because it is already running on Line #2
03 Analyse - Ce que la double alimentation a fait et n'a pas empêché
Ce que la double alimentation a empêché
Le transfert automatique de la Ligne en défaut #1 à la Ligne saine #2 a évité ce qui aurait autrement été une interruption de l'approvisionnement de plusieurs heures – le temps nécessaire pour localiser physiquement et réparer la ligne de transport endommagée par le vent. Pour une usine d'assemblage de 3 200 ouvriers, une interruption de plusieurs heures représente une énorme perte de production: les chaînes de montage de véhicules ne peuvent pas être partiellement redémarrées, les véhicules partiellement assemblés sur la ligne doivent être gérés, et la séquence de redémarrage après un arrêt complet de l'usine implique une complexité et un temps considérables.
La stratégie de double alimentation a pleinement atteint son objectif premier: l'usine a continué à fonctionner sur la ligne #2 tout au long de l'interruption de 9,8 secondes sur Line #1. Du point de vue de la continuité de l’approvisionnement, l'infrastructure a fonctionné exactement comme prévu.
Ce que la double alimentation n'a pas empêché
Le cycle 4,8 (0.09-deuxième) l'affaissement de tension pendant le défaut n'a pas été évité et a provoqué des perturbations du processus. Il s'agit de la limite fondamentale de la stratégie à double alimentation, qui est souvent mal comprise par les ingénieurs des installations.: le transfert automatique protège contre les interruptions, mais la chute de tension qui se produit pendant l'intervalle de défaut - avant l'ouverture des disjoncteurs et la fin du transfert - ne peut être évitée par aucun schéma de transfert.. L'affaissement est instantané; le transfert prend plusieurs cycles.
Équipements de processus industriels modernes – en particulier les automates programmables, variateurs de fréquence, et robotique - a généralement une immunité contre les chutes de tension de 8 à 20 cycles selon le fabricant et la configuration. Un affaissement de 4,8 cycles à 68% la tension restante peut déclencher ou non des équipements sensibles en fonction des caractéristiques d'immunité spécifiques de chaque appareil de l'usine. Dans une usine d'assemblage automobile, même un seul déclenchement d'équipement sur la ligne peut interrompre l'ensemble du processus d'assemblage - c'est pourquoi l'affaissement de 4,8 cycles a quand même provoqué “quelques interruptions de processus” malgré le transfert automatique réussi.
L'écart d'atténuation - les correcteurs d'affaissement
L'affaissement de 4,8 cycles avec 68% la tension restante se situe dans la plage de fonctionnement des correcteurs d'affaissement de tension disponibles dans le commerce — restaurateurs de tension dynamiques (DVR) ou transformateurs ferrorésonants à tension constante (CVT) - qui peut généralement compenser les affaissements jusqu'à 50% tension restante pour des durées allant jusqu'à 10 à 30 cycles. De tels dispositifs avaient-ils été installés sur les alimentations des équipements de traitement critiques, l'affaissement de 4,8 cycles aurait été invisible pour les charges sensibles et aucune interruption du processus ne se serait produite.
Les alimentations doubles offrent une excellente protection contre les interruptions d'alimentation, mais n'offrent aucune protection contre les chutes de tension.. Une stratégie globale de fiabilité de tension pour une installation industrielle sensible nécessite à la fois: double alimentation pour gérer le risque d'interruption, et équipement d'atténuation de l'affaissement (DVR, UPS, ou commandes de passage sur les VFD) pour résoudre les creux qui se produisent pendant l'intervalle de transfert et d'autres événements réseau qui ne provoquent aucun transfert.
04 Perspective de la qualité de l'énergie
Cette étude de cas est un exemple clair de la différence entre la fiabilité de l'approvisionnement et la qualité de l'énergie – deux concepts souvent confondus mais qui traitent de différents modes de défaillance.. La double alimentation garantit la fiabilité: le risque d'une interruption prolongée due à un défaut sur un chemin d'alimentation. Les baisses de tension concernent la qualité de l’énergie: les dépressions de tension de courte durée qui se produisent lors de défauts n'importe où sur le réseau connecté, quelle que soit la configuration de l'alimentation.
Du point de vue de l’ingénierie des services publics, l'étude de cas sur la double alimentation illustre également la valeur du multipoint, surveillance synchronisée dans le temps. Sans moniteurs sur les deux lignes, il serait impossible de confirmer à partir des seules données que l'affaissement provenait d'un défaut sur la ligne #1 plutôt que d'un événement de commutation de charge au sein de l'usine. L'affaissement simultané enregistré sur les deux lignes, et le comportement différent qui en résulte (Line #1 interrompt, Line #2 récupère), est la signature définitive d'un défaut de transmission en un point commun aux deux lignes — en l'occurrence, le point d'entrée de la sous-station.
L'approche de surveillance I-Grid présentée ici (moniteurs synchronisés dans le temps en plusieurs points du réseau) est exactement l'architecture de surveillance qui sépare l'évaluation PQ côté service public de l'évaluation PQ côté installation.. Un seul moniteur à l'entrée de service de l'usine aurait enregistré l'affaissement mais n'aurait pas pu distinguer un défaut de transmission du service public d'un défaut interne de l'usine.. Deux moniteurs synchronisés, un sur chaque flux, fournir une attribution de source sans ambiguïté. Ce principe s'étend: un réseau de surveillance PQ bien conçu avec des enregistreurs synchronisés par GPS dans plusieurs sous-stations peut localiser la source de toute perturbation au sein d'un segment d'alimentation spécifique. C’est la perspective de l’ingénierie de la qualité de l’électricité des services publics – et c’est ce que cette étude de cas démontre à petite échelle..
Références
- Divan D., Sicle-de-Brume W, Eto J.. Une nouvelle approche de la surveillance de la qualité de l'énergie et de la fiabilité de l'électricité — Illustrations d'études de cas des capacités du réseau I™ Système. Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, LBNL-52048, Avril 2003.
- IEEE Std 1159-2019. Pratique recommandée par l'IEEE pour la surveillance de la qualité de l'énergie électrique. IEEE, New York, NY, 2019.
- SEMI-F47-0706. Spécification relative à l'immunité contre les affaissements de tension des équipements de traitement de semi-conducteurs. SEMI, Milpitas, Californie, 2006.
Divan D., Sicle-de-Brume W, Eto J.. Une nouvelle approche de la surveillance de la qualité de l'énergie et de la fiabilité de l'électricité — Illustrations d'études de cas des capacités du réseau I™ Système. Laboratoire national Lawrence Berkeley, LBNL-52048, Avril 2003.
Cette étude de cas est présentée sous forme de résumé et de commentaire à des fins pédagogiques.. Le matériel original est attribué aux auteurs et au Lawrence Berkeley National Laboratory.. La section Perspective PQ (Section 4) et le diagramme SVG sont des contenus éditoriaux IPQDF originaux de Denis Ruest, M.Sc.. (Appliqué), P.Eng. (ret.). IPQDF ne revendique pas la paternité de la recherche originale.