Mise en oeuvre du régulateur LUBIO 30/06/2009  Patrick ABATI 
Liste des cours

Présentation
Synoptique de la partie puissance
Principe de fonctionnement
Oscillogrammes
Protection interne
Simulation avec PSIM
Essais d'une lampe SHP
Parafoudres
Norme EN13201
Logiciels de calcul d'éclairage public
Communication
Interrupteur crépusculaire
Contacteur externe
Section des conducteurs
Logiciel de paramétrage et d'exploitation
Etude technico-économique
Test après câblage
Projet de BTS électrotechnique

cycle

 Présentation 

lubio

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/ logo logo

Notice d'installation et de mise en service - Diaporama de présentation - Vidéo éclairage Amiens


 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

synoptique

 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)

 

L'animation ci-contre indique la circulation du courant
pour les différentes phases de fonctionnement (sur charge R-L)

 

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

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

  principe

Oscillogrammes de principe de LUBIO (en supposant une fréquence de fonctionnement des IGBT de 500 Hz) :

Oscillogrammes


 Oscillogrammes 

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
oscillogramme
oscillogramme


 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 

logo 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

schéma


Photo de la platine d'essai de lampe


Oscillogrammes tension (A) et courant (B) réseau Oscillogrammes tension (A) et courant (B) lampe
Oscillogramme
Oscillogramme
Ueff = 232 V
Ieff = 0,81 A
P = 165 W
S = Ueff x Ieff = 188 VA
fp = P / S = 0,88
Ueff = 107 V
Ieff = 1,7 A
P = 145 W
S = Ueff x Ieff = 182 VA
fp = P / S = 0,80

On remarque que la tension aux bornes de la lampe présente un pic (surtension générée par l'amorceur)
Elle se stabilise ensuite autour de 100 V (voir notice technique de la lampe)
Le facteur de puissance est acceptable côté réseau (grâce au condensateur de compensation)
Les oscillogrammes des signaux tension et courant de la lampe invalident le modèle purement résistif utilisé dans la simulation PSIM

Voir aussi le document : Modélisation d'une lampe à vapeur de sodium haute pression (SHP)


 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)

PE40

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)

COM

Le connecteur de liaison à LUBIO doit être câblé
suivant le schéma ci-contre

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)

Cerber

Le protocole utilisé pour la communication est du type MODBUS

Oscillogramme d'une trame MODBUS de LUBIO Détail de la trame - Durée d'un bit
opscillogramme opscillogramme

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

Inter crépusculaire

 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

  contacteur

 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 HIM

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
localisation

- effectuer le Paramétrage des cycles
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)
simulation
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)

Voir 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

Voyants

 Projet de BTS électrotechnique 

luminaire
  W3C W3C W3C