Pico-centrale couplée au réseau :

générateur asynchrone 55 kW ; installation électrique 50 kW couplée au réseau

&

Pico-centrale non couplée au réseau :

motorisation directrices turbine Francis 5 kW ; installation électrique 5 kW.

 (Seconde partie) Extrait d’un article de 4 pages avec photos, par Michel Pierre, ADAM Lot et Garonne

Pico-centrale couplée au réseau EDF

Présentation : cette conception de la production d'énergie hydroélectrique des petits moulins fait appel à une génératrice asynchrone, couplée au réseau EDF. Cette génératrice est tout simplement un moteur asynchrone ordinaire, entraîné par un moteur hydraulique muni de son distributeur réglable, par exemple les directrices d'une turbine Francis. La commande de ce distributeur se fait généralement par une manivelle. Dans notre concept, cette commande manuelle sera remplacée par une commande motorisée à l'aide d'un moto-réducteur entraînant l'axe par une courroie crantée ou une chaîne. Ce moteur est du type courant continu alimenté par batterie, afin de pouvoir fonctionner en toutes circonstances.

Cette conception est réservée aux petites puissances inférieures à 10/15 kW Cette note ne concerne que la partie électrique et l'automatisme. L'ensemble est constitué de 2 coffrets et de leurs périphériques.

Le coffret d'automatisme de petites dimensions (380x380x210) réalise les fonctions suivantes :

Chargeur de batterie. La batterie 24V étanche et sans entretien est intégrée au coffret.

Contrôle tension batterie, signalisation défaut batterie, alarme sonore, disjonction avec arrêt préalable en cas de défaut.

Mode « MANUEL » : ouverture, fermeture du distributeur à l'aide de deux boutons poussoirs. Le couplage est actif en mode manuel ainsi que les différentes sécurités. Mode « SEMI-AUTOMATIQUE » : un commutateur rotatif gradué de 0 à 9, situé en face avant permet de régler l'ouverture du distributeur entre 0 et 100%.

Mode « AUTOMATIQUE » Dans ce mode, le fonctionnement de la turbine est lié au niveau d'eau du bief à l'aide d'un capteur de niveau. L'ouverture du distributeur est réglée automatiquement de telle sorte que le niveau reste sensiblement constant. La sonde mise en œuvre est du type à ultra-sons, sans contact avec l'eau, donc insensible au feuilles et autres objets flottants.

Couplage / découplage : le couplage est réalisé automatiquement au « synchronisme » à l'ouverture et le découplage à la fermeture. Cette fonction nécessite une prise de vitesse sur l'arbre de la génératrice qui est faite avec un capteur de proximité et un disque de mesure sur l'arbre.

Survitesse par coupure secteur : en cas de coupure secteur, il y a emballement, ce qui se traduit par la fermeture du distributeur et l'arrêt tant que le secteur n'est pas redevenu normal. Le redémarrage se fait automatiquement, après une temporisation pour éviter les battements en cas de micro-coupures […]

Le coffret électrique : il comporte au minimum :

un disjoncteur différentiel tétra polaire (protection des personnes), un contacteur tripolaire de couplage protégé par disjoncteur, une prise de courant pour alimenter le coffret d'automatisme, un disjoncteur de protection pour ce départ, un disjoncteur auxiliaire pour un départ non dédié, un module d'interface encliqueté sur rail DIN, raccordé d'une part avec une prise multipoints de liaison avec le coffret d'automatisme, d'autre part avec un bornier à vis permettant le câblage des composants électromécaniques.

Il peut recevoir à la demande diverses adjonctions : compteur horaire, voyants, arrêt d'urgence, appareils de mesure... Pour le rendre conforme aux exigences EDF, il faut lui adjoindre un interrupteur sectionneur à coupure visible et un relais de découplage homologué avec des boites d'essais normalisées. L'installation doit comporter des condensateurs de compensation de l'énergie réactive et un comptage conformes aux préconisations EDF. Le coût d'un tel équipement pour 10 kW est de l'ordre de grandeur de 20 000 € hors installation ; une étude de prix devra être faite pour chaque cas.

Pico-centrale séparée du réseau EDF

Présentation : Cette conception de la production d'énergie hydroélectrique des petits moulins fait appel à un alternateur entraîné par un moteur hydraulique muni d'un distributeur réglable. Cette note concerne uniquement la partie électrique d'une petite installation n'excédant pas 10/15 kW. Le moteur hydraulique peut être une turbine de type Francis, Kaplan, Banki... munie d'un dispositif de réglage du débit appelé distributeur. L'arbre moteur de cette turbine sera accouplé mécaniquement au générateur par un multiplicateur de vitesse approprié. La commande du distributeur est généralement réalisée au moyen d'une manivelle. Dans notre concept, cette manivelle sera remplacée par une commande motorisée à l'aide d'un moto-réducteur entraînant l'axe par poulie crantée ou par chaîne. Le moteur est du type à courant continu 24 V alimenté par batterie afin de pouvoir fonctionner en toutes circonstances.

L'ensemble est constitué de 2 coffrets et de leurs périphériques :

Le coffret d'automatisme de petites dimensions (380x380x210) réalise les fonctions suivantes :

Chargeur de batterie. La batterie étanche et sans entretien est intégrée au coffret. Contrôle tension batterie : signalisation défaut batterie, alarme sonore, disjonction avec arrêt préalable en cas de défaut batterie.

Mode « MANUEL » : ouverture, fermeture du distributeur par deux boutons poussoirs Mode « AUTOMATIQUE » régulation de vitesse par mesure de fréquence : la fréquence délivrée par l'alternateur est comprise entre 50 et 60 Hz en régime permanent, avec des transitoires de courtes durées à 45 et 65 Hz, sur des variations brutales de charge.

Le processus de régulation par ouverture des directrices lorsque la fréquence est trop basse ou par fermeture lorsque la fréquence est trop haute conduit à une instabilité permanente. Pour remédier à ce phénomène, nous avons mis au point un système de freinage électrique qui agit progressivement entre 55 et 60 Hz. Ce dispositif nécessite l'utilisation de 3 résistances qui seront réalisées pratiquement par 3 convecteurs (ou groupe de convecteurs) dont la puissance totale représente environ 50% de la puissance maximum de l'alternateur. Par exemple, pour un alternateur 10 kW, on utilisera 3 convecteurs de 1,5 à 2 kW. Le fonctionnement de ces résistances n'est pas permanent. Elles sont hors service, notamment, lorsque l'alternateur est à pleine charge.

Contrôle de niveau : une sonde permet de déclencher l'alarme lorsque le niveau baisse anormalement et provoque l'arrêt (ou le délestage d'un départ non prioritaire du coffret électrique) si le niveau continue à baisser. Ces seuils de niveau sont programmables. Cette sonde est facultative mais le coffret est équipé en standard pour la recevoir sans modification.

Sécurité survitesse : si la fréquence devient supérieure à 70 Ha, il y a arrêt automatique, déclenchement défaut mémorisé jusqu'à réarmement.

Sécurité blocage distributeur : en cas de blocage mécanique du distributeur, un dispositif électronique provoque l'arrêt du moteur électrique avec signalisation lumineuse et sonore.

Inondation : au cas où une crue pourrait provoquer des dégâts, il est prévu un capteur d'inondation susceptible de provoquer l'arrêt et déclencher l'alarme. Cette sonde est optionnelle mais son raccordement est prévu en standard. Deux fins de courses sont nécessaires pour le moteur de commande des directrices. Le coffret est entièrement interconnecté par prises pour faciliter l'installation, la mise en place ultérieure des options et la maintenance.

Signalisation : la face avant est munie de voyants : batterie, niveau, synthèse défaut, fréquence (voyant vert de 50 à 55 Hz ; orange de 55 à 60 ; rouge au-delà de 60 Hz). La nature du défaut est signalée par des voyants particuliers à l'intérieur du coffret. Alarme : une alarme sonore externe peut être déportée, un interrupteur permet de l'arrêter ( mais l'alarme visuelle est toujours active).

Un câble d'interconnexion avec le coffret électrique assure le pilotage de ce dernier.

Le coffret électrique : il assure les fonctions suivantes : Protection de l'alternateur ; Protection des personnes ; Protection des départs ; Commutation des résistances de freinage

Un module d'interfaçage encliquetable sur rail DIN est fourni ainsi que les relais statiques de commutation des résistances de freinage.

Le module d'interface est raccordé à une prise multipoints disposée sur la paroi du coffret par l'intermédiaire d'un petit connecteur pour faciliter l'installation et la maintenance.