Formation Bac Pro Eleec 28

Systme TGBT Communicant

FORMATION BAC PRO ELEEC 28/04/2009

T.G.B.T. Communicant

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Systme TGBT Communicant1. Les Besoins : Les besoins des exploitants et des utilisateurs des rseaux lectriques diffrent selon quil sagit de btiments tertiaires, industriels ou dinfrastructures.

hpital/grande industrie process : la continuit de service sera privilgie.

petit immeuble de bureaux : le cot de l'nergie et la facilit d'utilisation par un non spcialiste seront les critres prdominants

Scurit des personnes et des biens : Une installation lectrique doit distribuer l'nergie en assurant la scurit des biens et des personnes. Mais, par ses capacits communiquer, mmoriser, traiter les informations, elle aide l'exploitant en lui fournissant les rglages des protections, le type de dfaut ayant amen l'appareil s'ouvrir, l'tat de l'installation avant le dclenchement... Disponibilit : Les tableaux lectriques BT ont pour mission de raliser la gestion des sources. Chaque secteur d'activit possde ses propres contraintes en matire de continuit de service : - dans les hpitaux, les salles d'opration et de ranimation sont tudies pour tre des lieux haut niveau de sret, - dans les btiments usage tertiaire, la gnralisation de systmes informatiques a amen de nombreux utilisateurs utiliser des Alimentations Sans Interruption locales ou alimentant un rseau d'nergie de haute qualit. - dans l'industrie, les dfaillances en fourniture d'nergie se traduisent par des pertes de production. Cout de lnergie :

Diminuer la facture nergtiqueUn systme de mesures numrises et exploitables sur un cran de supervision permet de suivre ces lments et den faire un bilan. Confort dexploitation : Certaines installations sont gres distance, soit au niveau d'un poste de conduite l'intrieur du btiment, soit dans un centre de surveillance commun plusieurs sites


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Systme TGBT CommunicantCette centralisation permet une optimisation en moyens humains et une amlioration des conditions de travail de ceux-ci, grce des outils informatiss ergonomiques et des possibilits de ralisation automatise d'oprations rptitives

Maintenance : La premire mission confie la maintenance lectrique d'une entreprise est de maintenir oprationnelle l'installation dont elle a la charge. Deux types d'interventions sont possibles : - actions correctives suite un dfaut de fonctionnement, - actions prventives priodiques. Il est possible d'augmenter l'efficacit de la maintenance dans deux directions : - en privilgiant le prventif par rapport au correctif, gnrateur de non continuit de service - en privilgiant dans le prventif, une maintenance conditionnelle, c'est--dire claire, une maintenance systmatique : plus la maintenance est prventive et base sur la surveillance, plus la disponibilit est bonne.

2. Solutions : 2.1 Automatismes : - La gestion des sources : alimente les consommateurs en fonction de la disponibilit d'nergie sur les arrives (permutation de source, normal/secours groupe...). La gestion des dparts : fournit l'nergie aux consommateurs les plus prioritaires, lorsque la demande excde la puissance disponible sur les arrives (fonctionnement sur groupe par exemple). La gestion temporelle : gre linstallation pour diminuer la consommation. La gestion tarifaire : gre l'installation pour respecter le contrat retenu avec le fournisseur (lissage de la consommation, contrat EJP...). Le contrle du facteur de puissance : pilote des batteries de condensateurs gradins. La mise en scurit du tableau (temprature trop leve, arc interne...). La surveillance de lisolement et la recherche des dfauts en schma IT. La sauvegarde du rseau : dans les grandes installations industrielles, des perturbations sur le rseau (manque temporaire de tension), peuvent provoquer, de par la prsence de gros moteurs, le phnomne dinstabilit dynamique.

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Systme TGBT Communicant2.2 Communication : Pouvoir communiquer des informations pour prvoir et agir : - tat des appareils de coupure (O/F) - mesure de tension U, I, P, cos - connaissance des rglages des protections. Ceci ncessite des liaisons : - avec un systme de Gestion Technique Electrique de niveau suprieur, dont le rle est de piloter l'ensemble de l'installation lectrique MT et BT, - avec un poste de contrle-commande local ou distance (supervision) - avec des tableaux secondaires, - avec un systme de conduite du process.En effet, pour que l'exploitant puisse tre inform et agir (reconfiguration du rseau par action volontaire, maintenance, confort), le tableau lectrique doit communiquer avec un systme amont la disposition de l'lectricien et de celui qui surveille le bon fonctionnement des utilits du btiment ou de l'usine.

Si en exploitation normale le TGBT intelligent, donc communicant, est intressant pour piloter et grer linstallation lectrique, il lest plus encore pour prvoir et agir en situation de dfaut. 3. Principe gnral du TGBT:


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Systme TGBT Communicant4. Fonctions et architecture du TGBT : PARTIE PUISSANCE

Alimentation 3x400V SECTIONNEMENT A COUPURE PLEINEMENT APPARENTE

PROTECTION COURT CIRCUIT / SURCHARGES / DEFAUTS DISOLEMENT

QR QN

INVERSION DE SOURCE Passage NORMAL / SECOURS

Gestion des sources : Agir sur les disjoncteurs d'arrive intgrs dans le tableau Dporter ces traitements dans un API centralis ou non Gestion des dparts : Permet le fonctionnement des dparts et les ordres d'enclenchement et de dclenchement des appareils. Commande de l'appareil et acquisition de son tat Mesure (courants, puissance, nergie...) Interface oprateur local ou dport Gestion du facteur de puissance : rgulateur varmtrique : rgulation du facteur de puissance par gestions de bancs de condensateurs gestion de bancs de condensateurs par centrale de mesure uniquement centrale de mesure associe lAPI

DEPARTS TELECOMMANDABLES

RELEVEMENT FACTEUR DE PUISSANCE

APPLICATIONS


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Systme TGBT Communicant5. Fonctions et architecture du TGBT : automate / rseau :

PARTIE PUISSANCEBobine de commande MX 240V Contact auxiliaire OF/SDBloc diffrentiel 30mA

PARTIE AUTOMATISMECentrale de mesure PM500

PARTIE SUPERVISION

Disjoncteur NS100N 100A

Inverseur de source Interrupteur NS100NA

Transformateur dintensit

Contrleur EthernetTCP/IP

MODBUS

Rseau LAN

Contact SD (signal dfaut) Bobine de dclenchement MX + OF Emission de tension Tlcommande Tm C60 Disjoncteur C60N In= 63A 4 ples Bloc Vigi C60 In=40A In=300mA

E/S WAGO

5.1 Lautomatisme : Solution automate et fil--fil : La premire tape vers le tableau intelligent a consist utiliser des API proximit ou l'extrmit du tableau. Ces API servent d'interface entre le tableau et le systme de gestion technique et peuvent raliser certaines fonctions d'automatismes. Equips de racks remplis de cartes d'entres/sorties les API sont relis en fil--fil aux divers capteurs et actionneurs d'un tableau lectrique. Leur programmation est ralise par un spcialiste chaque application ncessite un dveloppement spcifique. Les limites de ce type de solution sont : - cblage fils fins trs important dans le tableau jusqu' l'API - cout de cblages important - utilisation de borniers et augmentation du volume du tableau T.G.B.T. Communicant -6-

Systme TGBT Communicantrisque de panne augment, un risque de dysfonctionnements dus au champ magntique trs important gnr lors d'un court-circuit sur un dpart, faible volutivit de l'installation programmation de l'API, trs rarement maitrise par le service lectrique systme de traitement de l'information peu adapt, la principale tche de l'API consistant scruter en permanence l'tat des appareils alors que certains restent dans la mme position longueur d'anne.

Solution automate et entres/sorties dportes : DECENTRALISER Il se dgage des solutions mises en oeuvre aujourd'hui : - une tendance la dcentralisation des automatismes et des traitements d'informations au niveau du tableau, - une structure hirarchise pour la circulation des flux d'informations (voir pyramide CIM) - communicant vers PC et/ou supervision par bus de terrain (Ethernet)

TGBT : partie puissance/commande/ automate dcentralis

Dans l'environnement du tableau lectrique, la dcentralisation des traitements est devenue une ralit grce aux bus numriques. En contrle de process, les automates avec plusieurs centaines d'entres/sorties font place progressivement, aprs l'utilisation des entres/sorties dportes, des rseaux d'automates et de micro-automates placs au plus prs des capteurs/actionneurs qu'ils contrlent. (Se profile l'arrive de rseaux au niveau capteurs et actionneurs intelligents).


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Systme TGBT CommunicantExemple de solutions Entres/Sorties dports WAGO avec contrleur Ethernet :

Exemple de solutions Entres/Sorties dports TWIDO Schneider avec coupleur Ethernet :

Avantages : Ces solutions se caractrisent par la dcentralisation des traitements dans le tableau : - maitrise de ces fonctions par des lectriciens. - rduction massive du cblage et du temps de cblage l'intrieur du tableau. - rduction des risques de pannes latentes lies des connexions dfectueuses - plus grande volutivit de l'installation : rajout de dparts ou de fonctions sur une installation existante. T.G.B.T. Communicant -8-

Systme TGBT CommunicantIl apparait que plus les traitements sont dcentraliss, plus les flux d'informations permanents sont rduits. Remarque : Il faut noter que la distribution de puissance (architecture et protection) obit ces mmes principes ; ce qui permet une bonne cohrence entre les systmes courant fort et courant faible 5.2 Appareillages communicants : La multiplication de ces produits et modules dans un tableau lectrique conduit une augmentation considrable du flux d'informations qui peut tre transmis un automate par bus de terrain. (voir chapitre 6. Rseau et bus) Coupleur : Transmission des paramtres

5.3 Supervision : Le superviseur permet la fois le paramtrage des plages de fonctionnement des dparts et les ordres d'enclenchement et de dclenchement des appareils. Surveillance, commandes et paramtrages par l'exploitant.

6. Rseau et Bus : 6.1 Contraintes et besoins du bus : Pour slectionner un rseau de terrain adapt, il est essentiel de bien connaitre les contraintes lies au process lectrique. Un process naturellement stable et continu. Une installation lectrique doit distribuer l'nergie chacun des consommateurs. L'objectif d'un TGBT est donc de maintenir les dparts en position enclenche en permanence. Des contraintes temps rel limites. Dans une installation lectrique, le temps de rponse du systme une sollicitation dpend de la nature de celle-ci : - sur un ordre oprateur depuis un poste de supervision, le systme doit rpondre dans un dlai acceptable par celui-ci, soit environ une deux secondes entre l'action de validation clic de la commande par l'oprateur et le changement d'tat de l'appareil visualis l'cran. - pour les automatismes de permutation de source, il n'existe pas de contrainte de temps de rponse lie au process lectrique. L'objectif est de rduire au minimum le temps pendant lequel les consommateurs ne sont pas aliments Des flux d'informations dimensionns par les mesures. Les mesures lectriques peuvent amener un flux permanent d'informations sur le bus de tableau : tensions, courants, puissances et nergies sont les donnes les plus couramment rencontres. T.G.B.T. Communicant -9-

Systme TGBT CommunicantLe dimensionnement du bus dpendra du nombre d'informations transmettre, mais galement de la frquence de transmission de ces informations.Exemple : - une valeur de courant ou de puissance peut servir l'exploitant pour suivre en temps rel son rseau lectrique (une priodicit de quelques secondes peut s'avrer ncessaire). - une valeur d'nergie est intgre au minimum sur plusieurs minutes, la frquence de transmission de cette mesure est donc faible.

Une mise en oeuvre lie aux contraintes du tableau lectrique. L'installation d'un bus l'intrieur du TGBT doit tenir compte des contraintes suivantes : - le rseau doit tre insensible aux perturbations lectromagntiques importantes qui existent dans le TGBT. - il doit tre simple mettre en oeuvre lors du cblage un TGBT se caractrise par un grand nombre de points de raccordement, le cot du point de connexion est donc un lment dterminant dans le choix du rseau.

6.2 Protocoles utiliss: Les protocoles de type matre/esclave : Utilisation du protocole maitre/esclaves : - dans un tableau automatis de base, grant que des commandes et des comptes rendus d'tats. La scrutation de 20 ms entre Maitre/esclave. - transmission de mesures vers automate lintrieur du TGBT Inconvnients : Sur vnement (ordre superviseur ou intervention d'un automatisme dans la centrale de tableau), la scrutation des tats peut tre interrompue pour envoyer les commandes ncessaires. Par contre, ds que des fonctions requises ncessitent la transmission de mesures vers extrieur TGBT, ce type de protocole devient rapidement inadapt, par augmentation du temps de cycle de scrutation. De plus, sur changement d'tat d'un appareil suite un dclenchement, l'information ne sera connue par la centrale de tableau que lors de la prochaine scrutation. Enfin, ce type de protocole est inadapt pour des traitements rpartis car la centrale ne peut jouer son rle de matre que si toutes les informations passent par elle.

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Systme TGBT CommunicantLes protocoles de type CSMA : A la diffrence des protocoles utilisant un accs au mdium matre/esclave, les protocoles CSMA (Carrier Sense Medium Access) permettent aux stations connectes au rseau d'mettre spontanment uniquement en cas de besoin. Problme : plusieurs stations connectes pouvant parler simultanment : le CSMA-CD (Collision Detection) viter le risque de collision : les stations dtectent l'interfrence sur le rseau entre les deux messages et dcident d'arrter leur mission ; chacune tentera de rmettre le sien ultrieurement. Cette solution est utilise par ETHERNET

Dtection de stations en panne : dans un systme utilisant un accs au mdium matre/esclave, la panne d'un esclave est dtecte au moment de la scrutation de celui-ci par le matre. Dans un protocole o seules sont mises des trames utiles, un module en panne ne sera pas dtect. Il reste la charge de chaque application de prvoir des dispositifs de surveillance permettant de s'assurer priodiquement du bon tat de fonctionnement de chaque module. Avantages d'un bus CSMA pour une installation lectrique : optimisation des changes : le bus nest pas encombr par la scrutation permanente. le nombre d'informations utiles est notablement plus important et les temps de rponse peuvent tre plus faibles. rduction des cots : plus la vitesse de transmission est forte, plus les contraintes d'installation pour se protger contre les perturbations lectro-magntiques sont fortes, et donc les cots importants. Un protocole de type CSMA, permettant de choisir une vitesse plus faible, les cots lis la transmission se trouvent rduits. dcentralisation des traitements : ce type d'accs permet de traiter de manire optimise les traitements dcentraliss et/ou rpartis.

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Systme TGBT Communicant7. Structure atelier Bac Pro ELEEC LAN (Local Area Network) Atelier :

Rappel sur les rgles de cblage courants forts/courant faibles : (Norme 50 174)En cblage horizontal longueur = 35 m ET cble FTP/SFTP

Si les cbles sont en goulottes ou conduits profils, ils doivent tre dans des compartiments diffrents avec les cbles VDI dans le compartiment du bas. Si les cbles courant faible et courant fort sont apparents (faux plafond, faux plancher), un espacement de 5 cm minimum doit tre respect. Si les cbles sont dans des conduits encastrs ou apparents, ces conduits doivent tre sparsEn cblage vertical (ou backbone)

Courants forts et courants faibles doivent se situer sur des supports distincts. Un espacement minimum de 30 cm doit tre respect.


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Systme TGBT Communicant8. Mise en oeuvre matriel : 8.1 Cellules Prisma Plus Systme P :

8.2 Matriel alimentation puissance :Jeux de barres : jeu de barres Linergy ou classique

Rpartiteurs Multiclip rapides :


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Systme TGBT Communicant8.3 Protection :

8.4 Inverseur de source tlcommand + IVE ( Inter-Verrouillage Electrique)


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Systme TGBT CommunicantSchma de cblage IVE :

Schma de raccordement sur les interrupteur (ou disjoncteur) NS100 :Interrupteur NORMAL Interrupteur SECOURS


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Systme TGBT Communicant8.5 Disjoncteurs dpart tlcommandable : Les blocs Tm (Merlin Grin) permettent la commande distance des disjoncteurs, partir d'un ordre maintenu. La commande locale reste toujours possible en face avant.

Schma de principe :

Exemple de dpart dans TGBT :


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Systme TGBT CommunicantDisjoncteurs tlcommands Reflex XC40 : le disjoncteur Rflex XC40 associe, dans un mme appareil, les fonctions de : - protection contre les surcharges et les courts-circuits - signalisation "ouvert", "ferm" et "ouvert sur dfaut" - sectionnement - tlcommande, avec 2 modes de fonctionnement accessibles par deux entres indpendantes : impulsion, sur la borne T pour la commande par boutonspoussoirs ordre maintenu ou impulsion sur la borne X (selon la position du slecteur X) pour un automatisme de commande centralise - commande locale possible par la manette

8.6 Mesure de linstallation : Centrale de mesure PM 500 (Merlin Grin) La centrale de mesures PM500 concentre en un seul botier toutes les mesures ncessaires la surveillance d'une installation lectrique. Elle remplace les indicateurs analogiques. Applications : - mesure pour tableau lectrique, - sous-comptage / allocation des cot, - surveillance distance de l'installation, - surveillance des harmoniques (THD). Rfrence : Principe de fonctionnement : PM500 110V-400V CA Module RS485 Modbus 50980 50982


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Systme TGBT Communicant9. Liaison avec rfrentiel : S1 : DISTRIBUTION DE LENERGIE :

S4 : COMMUNICATION ET TRAITEMENT DE LINFORMATION :


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Systme TGBT Communicant

S5 : MISE EN SERVICE/MAINTENANCE :


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Systme TGBT CommunicantS6 : QUALITE, SECURITE ET REGLEMENTATION :

10. Possibilits de TP : Activits pdagogiques: tude (Justification de composants) Ralisation (Implantation, Passage de cbles et Cblage) Mise en service quilibrage des phases Maintenance (Intervention, Diagnostic, Mise en scurit) Mesurage Mise en uvre dun centrale de mesure (Mesures des courants, puissances, facteur de puissance, taux de distorsion harmonique) Mise en uvre dlments communicants Travaux pratiques proposs par ERM Automatismes Industriels: TP 01 tude : Justification des quipements et dimensionnement des composants de larmoire TP 02 Ralisation : Extension du TGBT avec calcul et vrification des protections (TGBT + extension)


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Systme TGBT CommunicantTP 03 Mise en service : Raccordement et vrification du bon fonctionnement de larmoire de distribution Ermadis TP 04 Maintenance : Remplacement dun jeux de barres dformes suite un court-circuit avec les procdures de consignation, intervention et dconsignation. TP 05 Mesure : Mesure de pollution harmonique par la centrale danalyse du rseau lectrique (lecture des mesures et interprtation)


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Documents

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