Distribution de puissance des bâtiments : communication et gestion à tous les étages

Les tableaux BT et appareillages de puissance sont au coeur de la distribution électrique des bâtiments

Les équipements de distribution de puissance des bâtiments industriels et tertiaires sont des éléments clés de l’alimentation électrique performante et sûre de toutes ces activités. Mais l’évolution de leurs caractéristiques et performances est souvent peu visible. Et pourtant ils doivent s’adapter à de nouveaux besoins (évolutivité, modularité, communication, fiabilité énergétique,…) mais aussi à l’arrivée d’énergies décentralisées et/ou intermittentes et à de nouvelles sources de consommation : électronique de puissance, variateurs de vitesse, éclairage, informatique des datacenters, robotique. On voit ainsi se développer une convergence entre les équipements, les données et les analyses.

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Leur principe de fonctionnement est souvent connu depuis plus d’un siècle, ils semblent évoluer très lentement, leur installation souvent dans des locaux techniques est peu visible. Et pourtant ce sont ces transformateurs, cellules HTA ou MT, disjoncteurs et interrupteurs de puissance, câbles et tableaux de distribution, automatismes et équipements de contrôle qui alimentent 24h/24 ateliers et usines, hôpitaux ou bâtiments de bureaux, centres commerciaux ou zones artisanales. Ils doivent répondre aux nouveaux besoins de ces multiples utilisateurs et à des cahiers des charges de plus en plus contraignants :

–       Fiabilité et durée de vie car on ne change pas un transformateur ou une cellule moyenne tension tous les cinq ans.

–       Evolutivité et modularité pour suivre sans interruption de service l’évolution des besoins des utilisateurs : augmentation de puissance, refonte d’un atelier, changement de puissance de machines, nouvelles applications,…

–       Suivi de l’évolution des normes techniques et environnementales et des directives nationales et internationales.

–       Amélioration permanente de l’efficacité énergétique et du rendement, prise en compte de l’éco-conception des nouveaux produits.

–       Prise en compte des nouvelles caractéristiques de charges comme l’électronique de puissance, la robotique ou l’informatique.

–       Intégration dans des systèmes de distribution pouvant comporter des énergies décentralisées et/ou intermittentes : groupes électrogènes, photovoltaïque, stockage d’énergie.

–       Réponse aux enjeux et contraintes des bâtiments connectés, des smart grids en s’intégrant dans la supervision, le contrôle et le pilotage des équipements et process.

–       Facilité d’installation et de mises en œuvre pour des applications et cahiers des charges très divers, des délai de mise en œuvre de plus en plus courtspour des bâtiments neufs ou en rénovation, recherche d’un encombrement le plus faible possible.

–       Facilité de services, de la maintenance au dépannage et sécurité des intervenants et exploitants en utilisant toutes les nouvelles technologies.

Ces caractéristiques et performances vont se retrouver pour tous les équipements et quelle que soit leur technologie : transformateurs, cellules HTA, tableaux de distribution, appareillage de puissance (disjoncteurs ou interrupteurs), canalisations préfabriquées.

Des cellules MT et tableaux BT de plus en plus communicants

C’est le cas de la nouvelle cellule de distribution électrique MT Premset 17,5 kV de Schneider Electric. Cette cellule d’appareillage à vide modulaire à encombrement réduit dispose de dispositifs de surveillance et de contrôle très complets : automatisation du départ avec un appareillage comprenant la communication intégrée, la gestion de la charge et des ressources avec un appareillage avancé, la surveillance des transformateurs et un système de transfert automatique afin de réduire les coupures d’alimentation. Cette cellule est bien adaptée aux réseaux intelligents avec liaison par bus de terrain facile à intégrer dans les systèmes SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) via plusieurs protocoles et une interface web intégrée. Ainsi une unité fonctionnelle est un ensemble de blocs fonctionnels (unité centrale, armoire BT, test des câbles, raccordements haut et bas). Ces blocs fonctionnels permettent une architecture modulaire pour des solutions évolutives allant de la commande locale à l’automatisation complexe des départs. Les technologies de l’internet sont intégrées pour que les opérateurs puissent accéder aux informations relatives à l’installation électrique à partir d’un navigateur internet.

Pour ses tableaux MT isolés au gaz, Siemens propose des cellules équipées de systèmes de télégestion compacts ; la détection des défauts, la saisie et la transmission des valeurs de mesure sont alors plus rapides avec possibilité d’enregistrer des courbes de charge, d’identifier les surcharges à temps  et de réduire les pertes du réseau de distribution. Là encore l’objectif est la disponibilité et la continuité de service.

De son côté ABB équipe ses tableaux MT UniSec polyvalents à interrupteurs-sectionneur dans le SF6 d’une technologie de commande, suivi et protection complète : des relais de protection autoalimentés, des terminaux configurables et une gamme complète d’applications. Selon ABB ces tableaux sont conçus pour réaliser des solutions personnalisées, des modifications faciles, des remplacements rapides et la modernisation éventuelle des principaux accessoires.

Pour les tableaux BT l’objectif est d’atteindre une disponibilité maximale de l’alimentation électrique. Les contraintes pour atteindre cet objectif dans le respect des normes en vigueur sont définies par l’indice de service IS (selon guide UTE C 63-429) adopté par les professionnels. Cet indice de service se traduit par 3 chiffres qui déterminent le niveau de service que le tableau peut assurer en terme d’exploitation, de maintenance et d’évolution ; l’indice maximum IS 333 peut être atteint en mettant en œuvre des solutions optionnelles. Legrand propose pour cela un logiciel XL PRO3 qui permet de configurer des armoires de puissance quels que soient les indices de service : du niveau 1 où toute opération nécessite l’arrêt complet du tableau au niveau 3 où seule l’unité fonctionnelle concernée doit être arrêtée.

Montage d’un contrôleur dans un TGBT. (c) Schneider Electric

Pour contrôler ces tableaux des solutions simples existent comme le contrôleur M 221 de Schneider Electric. Maxence Prouvost Responsable Marketing Offre Solutions Machines de Schneider Electric explique : « sur des anciens ou nouveaux TGBT on installe de petits contrôleurs qui peuvent envoyer les informations à un superviseur ou n’importe quel superviseur Modbus TCP ou Série. Le premier niveau de remontée d’informations est simple (défaut-en fonctionnement-mesures analogiques) ou plus complexe : le contrôleur peut interroger les éléments du TGBT et remonter les informations vers le superviseur par Modbus/Modbus TCP ou internet IP. Le contrôleur peut gérer plusieurs TGBT avec un coût restreint. Ce contrôleur est un « petit couteau suisse » orienté bâtiment : TGBT, démarreurs de moteurs pour ventilation ou pompage,…L’objectif reste d’économiser l’énergie au niveau d’un bâtiment complet en donnant les bonnes informations au gestionnaire ».

L’appareillage aussi devient  communicant

De nouvelles générations digitales de disjoncteurs BT de puissance apparaissent tel que le Masterpact MTZ de Schneider Electric. Ce nouveau disjoncteur ouvert intègre une centrale de mesure de classe 1 qui permet un contrôle et un suivi local sans fil et en temps réel de manière sécurisée sur un terminal mobile (smartphone ou tablette) qui fait office d’interface homme-machine (IHM). Pour Philippe Delorme Directeur Général activité Building de Schneider Electric « la distribution électrique doit être plus sûre, plus fiable, efficace, durable et connectée de manière sécurisée. L’interface IHM réduit les risques pour la maintenance au niveau local grâce à une connexion Bluetooth sécurisée ». Plusieurs indicateurs sont disponibles en temps réel comme l’autodiagnostic, la modification du niveau de protection, la consommation énergétique ou l’équilibre des phases.

Prise d’informations sur un disjonteur de forte puissance Masterpact MTZ. (c) Schneider Electric

ABB équipe sa gamme de disjoncteurs Emax 2 d’une fonction Power Controller qui surveille la puissance gérée par le disjoncteur et la maintient en dessous des limites prévues par l’utilisateur et peut contrôler tout disjoncteur situé en aval. Chaque disjoncteur peut être équipé de plusieurs modules de communication utilisés avec différents protocoles.

Pour sa gamme de disjoncteurs 3WL (630-6300 A) Siemens a choisi des solutions modulaires avec des fonctions de communication complètes avec Profibus-DP ou Modbus pour la mise en service, le paramétrage, diagnostic, maintenance et exploitation.

Les disjoncteurs de puissance DMX3 de Legrand (630-4000 A) peuvent être équipés d’unités de protection électroniques avec écran LCD ou tactile permettant de visualiser toutes les mesures et graphiques et peuvent s’intégrer dans un système de supervision (Modbus RS482) compatible avec tous les logiciels de GTB.

Ainsi de plus en plus d’équipements et appareillages sont connectés à des plateformes d’internet industriel.

Connectés à des plateformes logiciels et analytiques

Ces matériels communicants sont de plus en plus souvent associés à des plateformes logiciels spécialisées performantes pour mesurer toutes les données électriques de l’installation, connecter les tableaux intelligents et les équipements au réseau Ethernet pour surveiller tout le bâtiment en temps réel en local ou à distance, être alerté en cas de défaut ou panne avec un objectif de sécurité et de fiabilité.

Affichage d’informations de consommation d’un bâtiment. (c) Hager

General Electric (GE) a développé sa plateforme logiciel et analytique Predix pour les équipements GE et non-GE. Cette plateforme ouverte accueille les données provenant des équipements et machines et les logiciels qui exploitent ces données pour suivre et améliorer leur utilisation. Ces données et logiciels sont hébergés sur la plateforme Cloud de GE pour créer un internet industriel des objets.

Pour les différentes applications (bâtiments, usines et machines, réseau, IT ou alimentation) Schneider Electric a développé et enrichit en permanence sa plateforme EcoStruxure TM qui combine l’énergie, l’automatisation et les logiciels. EcoStruxure est déployée pour quatre marchés avec six architectures, les produits connectés intégrant les disjoncteurs, les variateurs, les onduleurs, les relais et les capteurs. Les solutions offertes peuvent être déployées sur site et dans le Cloud de manière flexible.

Socomec propose son système Diris de mesure et de surveillance de la qualité de l’énergie sur tout site industriel ou tertiaire. Toutes les informations issues de capteurs de courant, tension et compteurs sont centralisées sur une passerelle de communication puis mises à disposition sur le réseau Ethernet en Modbus TCP. Ce système Plug & Play est sécurisé avec des connexions et configurations simplifiées.

Car la sécurité et particulièrement la cyber sécurité est une préoccupation majeure de tous ces systèmes dans le monde de l’internet des objets.

Transformateurs, câbles et canalisations préfabriquées : de nouvelles solutions pour de nouveaux besoins

Jeux de barres de distribution de courant de forte puissance. ©Legrand

Si leur principe évolue peu, ces équipements suivent les nouveaux besoins des clients : flexibilité, réponse à des normes et cahiers des charges spécifiques, résistance à des conditions sévères d’environnement, facilité de mise en œuvre et de pose, diminution de l’encombrement, meilleure maintenabilité, éco-conception des produits. Pour s’en convaincre il suffit de regarder les catalogues produits et accessoires des fabricants de plus en plus importants. Et pour aider les utilisateurs dans leur choix, les fabricants développent des applications informatiques. Ainsi le fabricant de câbles Nexans propose EcoCalculator, une application pour aider les professionnels à choisir la meilleure solution de câble BT pour gagner en efficacité énergétique, réduire l’impact environnemental et assurer la sécurité des personnels en cas d’incendie.

Jean-Paul Beaudet

Contrôle de tableaux TGBT par contrôleur M 221. (c) Schneider Electric

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