Comment éviter les pertes de production lorsqu’un réseau de distribution subit un creux de tension?

Un phénomène prévisible aux impacts imprévisibles

Cet article est proposé en complément à la publication Problématique liée à la qualité de l’onde d’une installation électrique qui traitait des enjeux relatifs à la qualité de l’onde, susceptibles d’avoir un impact sur la disponibilité du réseau électrique d’une installation. Nous y abordons plus spécifiquement l’indisponibilité d’équipements électriques causée par les creux de tension réseau.

Lorsque des creux de tension surviennent sur un réseau de distribution, la tension résiduelle – sur une ou plusieurs phases – peut varier entre 10 % et 90 % de sa valeur nominale durant moins d’une minute. En comparaison, la tension résiduelle en temps normal est d’au moins 40 % durant moins d’une seconde, cette valeur se situant le plus souvent aux environs d’un dixième de seconde. Les creux de tension peuvent avoir des effets importants sur certaines activités industrielles, entraînant des pertes de production ou encore des indisponibilités pour certains types de procédés et d’installations critiques (pharmaceutique, manufacturiers de semi-conducteurs, centres hospitaliers). En d’autres cas, même si les pertes financières sont plus limitées, la nécessité d’un redémarrage des systèmes peut aussi entraîner des désagréments importants.

Très variable, le seuil de sensibilité des équipements fluctue en fonction de la sévérité et de la durée des creux de tension. Les microprocesseurs alimentés à 120 V et les contrôles automatisés y sont habituellement plus sensibles que les équipements électromécaniques. Cependant, ces derniers sont nettement plus vulnérables lors que couplés à un entraînement à fréquence variable (EFV) et/ou à un contrôle automatisé, une tendance aujourd’hui très répandue dans les procédés industriels.

Les creux de tension résultent généralement de courts-circuits sur le réseau d’alimentation. Ceux-ci peuvent être causés par une variété d’événements, qu’il s’agisse de bris d’équipement, de contacts entre des éléments conducteurs ou avec des objets lors de conditions climatiques inhabituelles. Sur les réseaux de distribution publique, on observe généralement trois fois plus de creux de tension que de coupures complètes d’alimentation, la prédominance des creux étant souvent plus élevée dans les zones rurales. Comparativement aux réseaux de transport, les réseaux de distribution sont plus exposés aux creux de tension en raison du grand nombre d’équipements requis et de leur proximité avec la végétation.

Critères d’acceptabilité des creux de tension

Certains organismes ont suggéré des courbes d’acceptabilité des creux de tension en fonction de la durée, telles que l’ITIC (CBEMA) appliquée ci-dessous aux équipements informatiques monophasés alimentés à 120V/60 Hz. On retrouve aussi la courbe SEMI F47 qui a été publiée pour des usines de fabrication de semi-conducteurs.

Bien que ce type de courbe permette de « qualifier » une série d’événements, on ne peut l’utiliser pour obtenir une évaluation précise des conséquences potentielles sur des procédés critiques. Un équipement électronique importé, fonctionnant sur une tension assignée légèrement différente (ex. : 110 V), pourra, par exemple, réagir différemment en raison de sa sensibilité plus élevée. Il est également possible qu’un creux de tension, même s’il ne cause aucune interruption de service, puisse empêcher une opération de lecture/écriture et avoir ainsi des conséquences imprévues sur un procédé, même en l’absence d’un redémarrage.

Une mitigation adaptée aux besoins actuels et futurs de l’installation

Les solutions aux creux de tension sont souvent difficiles à implanter directement sur le réseau du distributeur, si bien qu’une revue des particularités et des opportunités de mitigation spécifiques au réseau doit être considérée. Les coûts associés à un tel exercice peuvent augmenter rapidement, puisque ces solutions affectent un grand nombre de consommateurs. Une majorité d’entre eux risque ainsi de ne pas vouloir payer pour la mise en place d’une solution globale. De plus, le moyen de mitigation retenu peut entraîner des désagréments pour certains clients (ex. : baisse du niveau de court-circuit en isolant les charges sensibles).

Les systèmes de mitigation des creux de tension utilisent habituellement la puissance résiduelle du réseau au moment de l’événement (conditionneur de tension DVR) ou une puissance emmagasinée (roue d’inertie RUPS, batteries, condensateurs, etc.). L’utilisation de la puissance résiduelle sur le réseau nécessite un plus petit nombre d’équipements, mais sa performance est tributaire de la situation du réseau lors de la perturbation. L’emmagasinage d’énergie offre plus de flexibilité et permet parfois de transférer la charge sur des groupes électrogènes en évitant une interruption de courant, mais les coûts de maintien de l’énergie emmagasinée peuvent s’avérer élevés. Les impacts sur le court-circuit (performance des moteurs) et sur les autres phénomènes de la qualité de l’onde représentent d’autres aspects devant être considérés lors de l’analyse des mitigations.

La mitigation peut être déployée en de nombreux emplacements sur le réseau, soit uniquement près des équipements problématiques, dans l’ensemble d’un secteur donné ou à l’entrée de l’installation pour une couverture complète. Une analyse technico-économique des enjeux actuels et futurs est requise afin de sélectionner la stratégie optimale. Cette analyse doit notamment considérer le coût des retards et des pertes de production, les impacts environnementaux, les risques pour la sécurité et les répercussions sur la réputation de l’entreprise. Elle doit aussi tenir compte des avantages et des enjeux de la mitigation, notamment :

• les défis d’intégration (espace restreint, arrêts prolongés, complexité des raccordements, etc.);
• la durée de vie des composantes;
• les coûts initiaux et la possibilité de différer certains investissements;
• la correction de problématiques complémentaires;
• les manœuvres et les coupures associées à la maintenance.

Des solutions adaptées à chaque installation

L’étude des mesures de mitigation de creux de tension d’une installation électrique requiert à la fois :

• un historique de défaillance précis, comprenant les pertes financières;
• une bonne connaissance du procédé, des éléments critiques et des changements à venir;
• une revue de la capacité à implanter, à opérer et à réaliser la maintenance des éléments de mitigation.

Une collaboration rapprochée avec le distributeur d’électricité est essentielle afin de pouvoir identifier correctement l’origine des perturbations et de connaître les changements à venir pouvant modifier la fréquence et la sévérité des creux de tension sur le réseau. Ayant plus de 150 études de perturbations électriques à son actif, BBA dispose d’une expertise de pointe et a démontré sa capacité à collaborer efficacement avec différents intervenants. Nous sommes en mesure de proposer des solutions innovantes qui répondent aux besoins techniques et économiques des consommateurs d’électricité. Pour en savoir plus, n’hésitez pas à communiquer avec nous!