Mise en oeuvre du régulateur LUBIO
Patrick ABATI - 30/06/2009
Table des matières
Présentation...2
Synoptique de la partie puissance...2
Principe de fonctionnement...3
Oscillogrammes de principe...3
Oscillogrammes - Mesures...4
Protection interne...4
Simulation avec PSIM...4
Essais d'une lampe SHP...5
Parafoudres...6
Norme EN13201...6
Logiciels de calcul d'éclairage public...7
Communication...7
Interrupteur crépusculaire...8
Contacteur externe...8
Section des conducteurs...9
Logiciel de paramétrage et d'exploitation...9
Etude technico-économique...9
Test après câblage...10
Présentation
LUBIO est un régulateur-réducteur de tension dédié à l'alimentation des lampes d'éclairage public, de tous types (sauf celles équipées de ballasts électroniques)
Il permet de diminuer la consommation énergétique par réduction de la tension d'alimentation des lampes aux heures creuses de la nuit (par exemple, à 1h du matin, les rues étant peu fréquentées, il n'est pas nécessaire d'éclairer avec la même intensité lumineuse qu'à 21h)
Il permet aussi d'augmenter la durée de vie des lampes (de 30 à 50%) par régulation de leur tension d'alimentation et leur mise sous tension lente et progressive
LUBIO existe en deux puissances (3 et 6 kVA) et en trois versions (VRI, VR et Esclave)
Le modèle utilisé est un VRI - 3 kVA
Documentation à l'adresse http://www.schneider-electric.fr/
Notice d'installation et de mise en service
Synoptique de la partie puissance
L'alimentation se fait en monophasé (230v – 50Hz) Les IGBT sont pilotés à 25 kHz
LUBIO contient 3 filtres:
F1 limite la pollution du réseau électrique
F2 atténue les di/dt sur l'électronique de puissance
F3 met en forme la sinusoïde de sortie (L = 1mH et C = 40µF pour F3) La tension aux bornes de la charge est réglable entre 180v et 230v (rapport cyclique compris entre 0,6 et 1)
Un By-pass permet d'alimenter directement la charge, sur demande de l'utilisateur ou en cas de défaut sur l'électronique de puissance
Principe de fonctionnement
La partie puissance de LUBIO est constituée par 4 interrupteurs commandés de type IGBT.
Chaque IGBT contient une diode anti-parallèle (ou de roue libre) intégrée. La fréquence de fonctionnement des IGBT est de 25 kHz
(fréquence supérieure au seuil audible)
Lorsque la tension phase-neutre est négative, les transistors IGBT3 et IGBT2 sont pilotés de façon complémentaire, les diodes IGBT1 et IGBT4 conduisent respectivement avec IGBT3 et IGBT2
Lorsque la tension phase-neutre est positive, les transistors IGBT1 et IGBT4 sont pilotés de façon complémentaire, les diodes IGBT3 et IGBT2 conduisent respectivement avec IGBT1 et IGBT4
Oscillogrammes de principe
(en supposant une fréquence de fonctionnement des IGBT de 500 Hz) :
Oscillogrammes - Mesures
Le modèle utilisé est LUBIO VRI 3 kVA alimentant 2 lampes SHP de 150 W L'essai suivant a été effectué à une tension d'économie réglée à 185 V Oscillogrammes tension (A)
et courant (B) réseau
Oscillogrammes tension (A) et courant (B) sortie LUBIO
Protection interne
La sortie de LUBIO est protégée contre les courts-circuits
Pour le modèle 3 kVA, le courant de sortie est limité à 29 A pendant la première seconde, puis descend à 11,5 A par la suite
Il faut que le déconnecteur du PRD40 (voir paragraphe Parafoudres) puisse agir en cas de défaut du parafoudre
On choisit donc, comme dispositif de déconnexion, un disjoncteur de très faible calibre ou un interrupteur différentiel
Simulation avec PSIM
PSIM est un logiciel de simulation d'électronique de puissance. Une version de démonstration gratuite, limitée au niveau du nombre de composants pouvant être utilisés dans un même projet, est téléchargeable à l'adresse
http://www.powersys.fr/
Cette version est suffisante pour réaliser la simulation proposée - Voir les résultats de la simulation
- Télécharger le fichier de simulation
Essais d'une lampe SHP
Un essai a été effectué avec :
- une lampe sodium haute pression Philips Pro SON-T 150 W - un ballast électromagnétique L ETI VSHM T150
- un condensateur de compensation C Icar Ecofill 20uF - un amorceur Fournitec SON2 50 A 1 kW temporisé
Les lampes à haute pression exigent, pour leur allumage des impulsions à haute tension envoyées dans le respect de paramètres stricts fournis par le fabricant des lampes
L'amorceur permet de générer des impulsions conformes afin d'obtenir des allumages à froid et à chaud sans endommager ou détériorer la lampe de façon prématurée
Photo de la platine d'essai de lampe Oscillogrammes tension (A)
et courant (B) réseau
Oscillogrammes tension (A) et courant (B) lampe
Ueff = 232 V Ieff = 0,81 A P = 165 W
S = Ueff x Ieff = 188 VA
Ueff = 107 V Ieff = 1,7 A P = 145 W
S = Ueff x Ieff = 182 VA
Parafoudres
LUBIO est protégé en entrée (côté réseau d'alimentation) par un parafoudre unipolaire du type PF40 connecté entre neutre et terre (ou entre phase et terre), associé à un disjoncteur de déconnexion de courbe C (C60N 20A)
L'interrupteur IF permet de séparer l'installation du réseau (interrupteur frontière).
LUBIO est protégé en sortie (côté lampes) par un parafoudre bipolaire du type PRD40 associé à un interrupteur différentiel de déconnexion (ID 63A 300mA)
de référence 23320 (sélectif) super immunisé (type A si)
L'utilisation de l'interrupteur différentiel se justifie par des valeurs peu élevées des courants de défaut du PRD40 lors de son veillissement ou de sa destruction (limitation LUBIO)
Le câblage de terre des parafoudres doit être réalisé avec une section de 10 mm² minimum La longueur de chaque circuit parafoudre ne doit pas excéder 50 cm
Voir aussi les documents :
Protection contre la foudre dans les installations BT - Tableau de coordination
Norme EN13201
Cette norme européenne définit les valeurs d’éclairements et de luminances minimales à maintenir pour voir vite et bien et éclairer juste, afin de diminuer les accidents de la route pendant la nuit
La norme se décompose en 4 parties
– 13201-1 Sélection des classes d’éclairage : la géométrie (intersection, ralentisseur...), l'utilisation (piétons, cyclistes...) et l'environnement (milieu rural, centre-ville...) permettent de classer la situation d'éclairage par groupe (exemple : B2) et de définir une classe
d'éclairage (exemple : S3)
– 13201-2 Exigence des performances : la luminance de la chaussée, l'éblouissement, l'éclairement moyen... sont des paramètres à prendre en compte
– 13201-3 Calcul des performances : cette partie expose les conventions et procédures mathématiques à adopter pour calculer les performances photométriques
– 13201-4 Méthode de mesures des performances photométriques : cette partie établit des conventions et des procédures de mesure utilisant des luxmètres et des luminancemètre Le guide d'application publié par l'AFE constitue une bonne synthèse de cette norme
Logiciels de calcul d'éclairage public
Pour aider à la mise en oeuvre de la norme EN13201, il existe de nombreux logiciels de calcul d'éclairage public
Trois d'entre eux (gratuits) ont été utilisés :
- Calculux de Philips - Notice du module Eclairage Public - LiteStar d'OxyTech
- DIALux de Dial
Communication
LUBIO dispose d'un port de communication sous la forme d'un connecteur Sub D 9 broches qui peut être connecté à un Modem RTC ou GSM pour échange d'informations vers un ordinateur distant via le réseau téléphonique. Ce port peut être également raccordé à un ordinateur muni d'un port COM à travers un convertisseur RS232 / RS485
Le module CERBER CRB485 d'UTOPIA Electronics a été utilisé pour la mise en service et les réglages de LUBIO à travers le logiciel IHM de paramétrage et d'exploitation
Il est nécessaire de polariser le bus de communication (si le convertisseur ne le fait pas) en utilisant les résistances de 475 ohms disponibles sur le connecteur Sub D 9 (bornes 2 et 6)
Le connecteur de liaison à LUBIO doit être câblé suivant le schéma ci-dessous
Le bloc DIP Switch doit être activé sur les positions 3 et 4 de façon à mettre en service les résistances de polarisation qui sont présentes dans le convertisseur (680 ohms)
Le protocole utilisé pour la communication est du type MODBUS
Trame MODBUS de LUBIO Détail de la trame - Durée d'un bit
La mesure a été effecutée entre les points B+ et A- : l'amplitude crête à crête des signaux est de l'ordre de 8 V La durée d'un bit est : 52 us
La vitesse de transmission mesurée est donc : 1 / 0,000052 = 19230 bits/s (la vitesse normalisée est 19200 bits/s)
Interrupteur crépusculaire
LUBIO dispose d'une commande locale par horloge astronomique intégrée
Il est néanmoins possible d'effectuer le pilotage (allumage et extinction) en utilisant un interrupteur crépusculaire associé à un relais
L'interrupteur crépusculaire qui a été choisi est un Finder 10.41 avec un contact NO 12 A et un réglage de luminosité de 1 à 50 lux
Le relais CA2KN22U7 permet de relier les bornes XF2-1 et XF2-2 par un contact libre de potentiel
Contacteur externe
Cette sortie est utilisée pour commander un circuit indépendant d’alimentation (illumination de Noël...)
LUBIO fournit un contact libre de potentiel entre les bornes XF1-2 et XF1-3
Section des conducteurs
La section des conducteurs d'alimentation des luminaires est choisie en vérifiant la chute de tension (longueur des câbles importante)
L'éclairage public est directement alimenté en BT par le distributeur d'énergie : la chute de tension maximale en bout de ligne doit être inférieure à 3%
Les départs vers les luminaires sont protégés par un interrupteur différentiel et un disjoncteur de courbe B (déclenchement entre 3 et 5 fois le courant nominal)
Le câblage de terre des parafoudres doit être réalisé avec une section de 10 mm² minimum
Logiciel de paramétrage et d'exploitation Notice d'utilisation du logiciel I H M
Dialogue entre le PC et LUBIO
Pour entrer dans le logiciel, les identifiants par défaut sont : Utilisateur : Superviseur - Mot de passe : EP
Etude technico-économique
Cette étude est faite à partir des résultats fournis par LUBIO Mode opératoire
- à l'aide du logiciel IHM, indiquer les Paramètres locaux
- effectuer le Paramétrage des cycles
Remarque : la valeur de tension nominale a été réglée à 210 V. Ceci permet d'alimenter 19 lampes SHP de 150 W. Le facteur de puissance des lampes utilisées est 0,88. La puissance active d'une lampe est : 150 x 210² / 230² = 125 W. Sa puissance apparente est : 125 / 0,88
= 142 VA. Pour 19 lampes : 142 x 19 = 2700 VA. LUBIO 3 kVA est donc suffisant - lancer une Simulation sur une année (du 01/01/2009 au 31/12/2009)
La simulation crée automatiquement un fichier simulation.txt qui est stocké par défaut dans le répertoire C:\Program Files\Schneider Electric\Lubio 2.3.0\Journal de bord - Simulation
- ouvrir le fichier Simulation_h.xls (sur le CD d'installation)
•
sur l'onglet Page de garde remplir les champs ville et nom du site•
sur l'onglet Puissance installée, compléter le tableau Recensement du parc de lampes (en haut de la page)•
exécuter la macro à l'aide du bouton vert (les macros doivent être activées) et ouvrir le fichier simulation.txtVoir les résultats de la simulation
Test après câblage
Retirer le capot de LUBIO, mettre sous tension en fermant le disjoncteur puis remettre le capot
Lancer un cycle de fonctionnement en utilisant la clef à trois positions : Position 1 : fonctionnement normal
Position 2 : tension nominale (atteinte en 5 mn et maintenue pendant 10 mn) Position 3 : tension d'économie (atteinte en 10 mn)
Le voyant Défaut ligne est normalement éteint. Il clignote en attente de configuration logicielle. Il s'allume de façon fixe en cas de mauvaise configuration logicielle
