Régulation, régulateurs, automates, capteurs

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Ticapix

Régulation, régulateurs, automates, capteurs

Message par Ticapix »

Bonjour,

Afin de rebondir sur la précédente discussion ( PCH et supervision) et la discussion qui a débuté avec DB, il m'a semblé intéressant d'ouvrir une discussion sur l'automatisation d'une PCH ou d'un moulin dans la cadre d'une revente à EDF.
En effet dans le cadre de l'autoconsommation, il n'existe aucun impératif réglementaire, même si bien sûr la sécurité de l'installation doit rester au premier plan.

Je souhaitais donc que l'on puisse établir un cahier des charges d'une part de la partie réglementaire et d'autre part le cahier des charges de base afin d'automatiser le fonctionnement d'une installation.

Par la suite on pourra ajouter l'automatisation du dégrilleur , d'un clapet sur barrage ............etc et pourquoi pas un document de synthèse qui permettra au nouveau d'avoir à disposition un document de base lui permettant d'avancer plus vite et au forum de gagner en clarté sans avoir à recommencer en permanence les mêmes discussions.

Je me lance et vous me corrigez et/ou complétez et surtout ne pas hésiter à poser des questions, si des termes ou des fonctions vous sont inconnus ou mal expliqués.

1) Partie réglementaire:
- Respect des normes électriques en particulier la NF 15-100
- Coffret de protection de découplage que l'on appelle aussi du nom de la norme GTE 2666. Il s'agit d'un coffret qui comprend plusieurs modules qui surveillent le réseau EDF. Chaque module a une fonction qui est selon le type de protection +/- temporisée. On a un module
- Mini et maxi de fréquence
- Mini tension
- Maxi tension
- Homopolaire ( déséquilibre en phases).
Chaque module a un relais fermé avec un contact fermé si tout va bien et qui s'ouvre en cas de défaut réseau.
Les contacts sont reliés en série les un aux autres ce qui fait que l'on peut schématiser cette protection de découplage comme un fil unique avec plusieurs interrupteurs placés dessus, il suffit qu'un seul s'ouvre pour que le passage du courant soit interrompu.
L'ouverture d'un contact entraine le découplage ( séparation) de votre installation avec le réseau. En général cela ouvre le contacteur de couplage en coupant l'alimentation de la bobine du contacteur.

2) Automatisme de base

a) Fonctions attendues

Faire démarrer la turbine, la coupler au réseau puis gérer l'ouverture en fonction de l'eau disponible tout en surveillant quelques paramètres de sécurité tant avant le démarrage, qu'après le démarrage.

a-1)Paramètres de sécurité
On peut ne prévoir que quelques paramètres essentiels mais la liste est sans fin. A mon sens les principaux sont :
- protection de découplage ( obligatoire)
- Niveau d'eau suffisant pour démarrer
- Températures ( bobinages génératrice, palier, roulements ?)
- Circulation d'huile du multiplicateur quand il y en a une
- Niveau d'huile centrale hydraulique
- Fonctionnement pompe à graisse (si présence)

a-2) Fonction de base

En présence d'un niveau d'eau suffisant (à déterminer pour chaque site) l'automate ouvre progressivement le vannage (vanne, pales ou directrices ou plusieurs de ces organes selon le site). Dès que la vitesse de la génératrice a atteint sa vitesse nominale => l'automate donne l'ordre de fermeture du contacteur de couplage.

Une fois couplée l'automate n'a qu'à gérer le niveau amont pour le garder au niveau légal de retenue. Pour cela il doit intégrer un PID c'est a dire une fonction de régulation proportionnelle intégrale et dérivée. En clair ce type de régulation ( que l'on retrouve dans toute régulation digne de ce nom en chauffage) permet de donner un ordre important si le niveau est très au dessus ou en dessous de la consigne et un ordre très faible voire aucun ordre si le niveau est très proche de la consigne. Cette fonction évite ce que l'on appelle l'effet de pompage ( j'ouvre, je ferme .....)

En l'absence de pbs ( anomalies réseau, température, niveau d'huile ...) l'automate ne fait que cela : gérer le niveau

En cas de faible débit dans la rivière, il doit gérer une fonction essentielle soit directement soit par l'intermédiaire d'un relais ce que l'on appelle le retour de puissance. C'est à dire il doit déterminer à partir de quel moment on ne produit plus, mais on passe en moteur et consomme donc du courant.
Je dois avouer que cette fonction est souvent négligée ou très mal traitée.Il m'est souvent arrivé de voir des centrales de 100 kw s'arrêter de produire en dessous de 30 kw ou pire des centrales fonctionner en moteur pendant des heures=> pas optimal

Une bonne régulation n'a pas pour objectif de faire produire 110 kw pendant deux heures et s'arrêter les 4 heures suivantes, mais de toujours faire le mieux dans un maximum de sécurité, le plus longtemps possible.

Avant dernière fonction de base, savoir redémarrer automatiquement ou pas en cas de problème.
Par exemple si c'est un arrêt du à un défaut EDF, il faut pouvoir redémarrer dès que la stabilité du courant sera rétablie , cela doit être automatique. En revanche si l'arrêt est du à une surchauffe, il ne faut pas pouvoir re-démarrer sans l'acquittement du défaut par l'exploitant même si la T° est redescendue. (cela dit chacun peut prendre des risques, s'il sont calculés)

Dernière fonction de base sans laquelle une automatisation n'aurait à mon sens pas de raison, c'est l'alarme et le contrôle à distance. Je dois dire que cela est de plus en plus facile grâce à internet et à la généralisation des ports Ethernet sur presque tous les appareils. Cela dit le bon vieux téléphone avec sa technologie RTC n'est pas forcément dépassée dans certains coins car plus fiable que la porteuse ADSL.

En fonction de mon expérience je rajouterai avant de finir la fonction gestion dégrilleur en fonction des pertes de charges (encrassement des grilles) mais cela peut aussi se gérer pour éviter une usine à gaz, avec un second automate dédié au dégrilleur.

Je vous laisse corriger / compléter ce chapitre consacré à la fonction basique d'un automatisme et si cela vous dit on pourrait envisager une étude plus poussée de chaque fonction et ou composant ( ex pour l'ouverture turbine faut-il un capteur indiquant le % d'ouverture ?....... pour les températures un contact ou une T° en continue avec un seuil d'alerte....etc)
Ce qu'il y a de bien c'est que l'on peut tout faire, mais je pense qu'il serait intéressant de rester dans un premier temps à des fonctions basiques minimales mais suffisantes pour qu'un propriétaire de moulin de 20 kw puisse envisager un raccordement au réseau automatisé.

Bon dimanche à tous

Ticapix

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dB-)
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Re: Automatisation basique

Message par dB-) »

Bonjour,

j'aime bien les interventions de Ticapix : c'est carré, net, précis, et placé au bon endroit dans le forum (pas comme ce commentaire) !

J'ai un peu renoncé à tout classer rigoureusement et à faire le ménage du forum, je me contente du plus gros, quitte à laisser un peu de poussière dans les coins !

Bon, je referme la parenthèse, suite de ce nouveau sujet sur l'automatisation basique ;)

dB-)
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tutlegrand

Re: Automatisation basique

Message par tutlegrand »

Il me semble intéressant effectivement de de rédiger un tel document. Cela pourrait donner naissance à une" expression de besoin générique à l'automatisation des micro-centrale hydroélectriques", avant même de parler des solutions techniques retenues. Exprimer chacune des exigences, classées selon plusieurs catégories :
- gérer la sécurité
- conduire la production de la centrale
- démarrer la centrale
- assurer la régulation de la production
- mettre en sécurité en cas de défaut
- alerter en cas de défaut
- assurer la supervision
...et identifier par un numéro unique.

Ce document pourrait alors servir de document de départ pour l'établissement d'un cahier des charges pour un exploitant qui souhaite faire réaliser l'automatisation de sa centrale à un professionnel. Charge ensuite au professionnel retenu de démontrer qu'il a bien répondu aux besoins exprimés...

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Re: Automatisation basique

Message par From »

Bonjour,

Sur la partie régulation de niveau, mon installation est plus basique que ce qui est décrit ici !

Il y a trois sondes de niveau : le niveau Haut , qui est immergé quand le niveau dépasse le seuil du déversoir. Lorsque cette sonde est dans l'eau un relai temporisé commence son decompte de temps "temps OFF", et si au bout d'un temps donné (paramétrable) la sonde est restée dans l'eau, il donne l'ordre d'ouverture pendant une certaine durée "temps ON"., puis repart pour un cycle d'attente.
Si l'action d'ouverture était insuffisante pour éviter la surverse, et que la sonde niveau haut est toujours immergé , le cycle d'ouverture se poursuit.
Si par contre on est revenu dans une zone de marnage, rien ne se passe jusqu'à ce que le niveau devienne inférieur à la sonde "niveau bas" qui permet de faire l'opération inverse.
Il y a une troisième sonde qui correspond à un nveau très bas de la chambre d'eau et qui coupe l'installation (essentiellement en cas de colmatage de la grille par exemple.

Ce système, certes rudimentaire, une fois bien réglé (temps ON et OFF sur les deux tempo) donne entière satisfaction, et ne "pompe" guère : moins de deux mouvements dans les deux sens par 24 h
Sauf après un arrêt, surtout quand il y a peu d'eau, ou bien après un réglage manuel malvenu, il lui faut une dizaine d'heures de "tatonnement" pour retrouver son niveau.

C'est le même système qui gère la remise en route automatique après une coupure réseau.

Les autres alertes qui entraînent l' arret sont : disjoncteur thermique de la génératrice, détecteurs de fumée, surchauffe des résistances de couplage, survitesse turbine, fin de course (si le débit devient tellement bas que la turbine est à la limite de se faire tracter par le réseau), le niveau très bas, et le MICOM

Dans tous ces cas, une intervention et un réarmement après vérification est nécessaire pour la remise en route.

J'avais aussi acheté un système d'appel temporisé qui m'appelait sur mon portable en cas d'arret prolongé, mais j'ai vite débranché (merci le réveil en pleine nuit quand vous etes à 250 km de vos bases) en raison des nuisances et de l'absence d'utilité qu'il représente.

Comme on peut guère faire plus basique que mon mixer préféré, j'avais mon mot a dire !

a bientot
Moulin équipé 30 kW hydro ( Francis C. Dumont en chambre d'eau)+ 21 kWc solaire dans l'Ain.
Centrale de 105 kW ( Francis double sous bâche C. Dumont 75 kW et Francis sous bâche P. Bouvier 30 kW) dans le Jura.

Ticapix

Re: Automatisation basique

Message par Ticapix »

Eh bien voila le sujet est lancé

Je pense que l'on peut dans un premier temps, attendre les interventions des uns et des autres, qui vont exprimer leur expérience et leur ressenti vis à vis de telle ou telle fonction de leur automatisme, leur satisfaction et ou leur attente, puis on pourra passer à un petit cahier des charges avec en face de ce cahier les solutions des plus basiques au plus sophistiquées en décrivant avantages, inconvénients, et couts de chaque solution.

Je ne resiste pas au plaisir de vous montrer la première régulation de niveau que j'ai vu il y plus de 15 ans déjà et qui marche encore !! Cela dit pour un clapet ou l'ouverture d'une vanne de décharge cela peut parfaitement convenir
cf dessin

Bonne soirée
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PERRET
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Re: Automatisation basique

Message par PERRET »

Bonsoir,

Pour de petites puissances, je pense qu'il faut faire l'impasse du régulateur PID, long à régler et qui n'est pas à mettre entre toutes les mains.
Éviter au maximum l'électronique, qui malgré toutes ses qualités, n'est souvent pas à la portée de l'électricien du coin.
Rien ne vaut pour dépanner la vieille lampe témoin et un bon schéma, naturellement à jour.

J'utilise de préférence depuis très longtemps, pour contrôler les niveaux, des "régulateurs de niveau magnétiques" de marque Kubler ou autre.
Pour une turbine il faut :
1 Niveau haut (bief)
1 Niveau bas (bief)
1 Niveau bas - éclusée -, situés à l'aval de la grille, détectant si la grille est bouchée ou, dans les cas ou c'est encore possible, pour l'utiliser pour un fonctionnement en éclusée.

Éventuellement un niveau haut à l'aval de l'installation dont le but est d'arrêter l'installation si le niveau aval est trop haut.

Ces régulateurs de niveau, d'un coût modique et très fiables, ont une excellente précision - moins d'un mm - sont logés dans un tube PVC.
KUBLER - Régulateurs.jpg
THENELLES - Automatisme vannes - 7.JPG
La régulation se fait par impulsions, soit à l'aide d'un doseur cyclique (cas d'une vanne ou d'un clapet) ou mieux, à l'aide d'un micro automate (turbine) qui gère en plus d'autres fonctions (Couplage, sécurités, etc . . .)

Compte tenu de l'inertie du bief, du jeu prévisible dans la commande de la turbine (directrices ou pales des turbines Kaplan), on obtient néanmoins un bonne régulation du niveau dans le bief : ± 1 ou 2 cm et en choisissant correctement les temporisations, sans pompage.

Pour de petites puissance, inutile d'utiliser des sonars ou autre détecteurs à ultrasons qui sont hors de prix (sauf si en trouve d'occasion sur Ebay, de caractéristiques adaptées au site et à prix raisonnable)

CP
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Objet mystère

Message par From »

Allez, une récréation :

Connaissez vous cette chose ?
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Re: Objet mystère

Message par Admin »

Oui, au choix :

Réponse a : la tête à toto
Toto.JPG
Réponse b : un coucou
Coucou.JPG
Réponse c : un turbinoscope inversé à double thyristor à bain d'huile

Ou plus sérieusement une sorte d'ancien régulateur d'excitation d'alternateur (rhéostat piloté) ou programmateur vintage ?
191120104084.jpg
Zé lé myztère en effet !
191120104086.jpg
dB-)
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Re: Objet mystère

Message par MHEC »

réponse d: Je donne ma langue au chat :|
chat.jpg
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Turbine Kaplan double réglage THEE : 10 m3/s / 2,80 m - 145 t/mn - Ø roue 1,80 m.
Génératrice: ABB de 220 kW, Multiplicateur: HANSEN, Production: 1 000 MWh/an.

Image
Site web: Moulin de Chappes.com

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Re: Objet mystère

Message par Admin »

Bonsoir,

une question à From : quel est donc cet objet mystérieux ? quand sonnera la fin de la récréation ?

Cordialement

dB-)
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