Un commutateur de transfert de phase automatisé est un dispositif qui détecte automatiquement les coupures de courant et bascule vers la source d'alimentation alternative sans intervention humaine, garantissant que votre charge électrique reste opérationnelle même en cas de défaillance des sources d'alimentation actives. En plus de protéger votre charge, il permet également à la charge électrique de maintenir la continuité pendant la courte période (généralement seulement quelques secondes ou fractions) nécessaire pour effectuer le transfert. Une des principales idées fausses chez les clients concernant le commutateur de transfert de phase automatique est le temps nécessaire pour effectuer le transfert de phase. Cependant, l'autre variable dont les clients doivent se préoccuper est le nombre de pôles dans l'unité ; cela impactera directement la sécurité et le coût du système, ainsi que les exigences d'installation et de maintenance pour l'électricien.
Un commutateur de transfert de phase est un dispositif à commutation automatique qui commute (ou transfère) le courant d'une source (entrée) vers une source différente (sortie) parmi deux sources ou plus. Les commutateurs de transfert de phase sont disponibles en versions manuelle, motorisée ou automatique, et le type automatique peut inclure un dérivation manuelle facile à utiliser pour les procédures de maintenance et de réparation. Lorsqu'on considère les configurations triphasées, chaque phase nécessite quatre pôles ; un pour chaque phase et un pôle neutre/terre séparé. Le temps de transfert du commutateur déterminera sa classification : selon la sensibilité de l'équipement connecté, il aura généralement un temps de transfert inférieur à 60 microsecondes pour les dispositifs sensibles et un temps de transfert d'environ 1 à 3 secondes pour les générateurs.
Ce que fait réellement l’appareil
Il y a deux composants à l’intérieur d’un commutateur de transfert souvent négligés : 1, un relais de contrôle qui surveille et détecte les défauts dans l’alimentation entrante, et 2, une paire de contacteurs interverrouillés qui permettent un transfert physique, c’est-à-dire l’ouverture et la fermeture des contacteurs. Le composant de contrôle détecte les défauts dans l’alimentation entrante tels que sous-tension, perte de phase, défaillance de phase et erreurs de séquence de phase. Dès qu’un défaut est détecté, la logique du contrôleur s’assure que le contacteur associé à la bonne alimentation est d’abord ouvert, puis que le contacteur de l’alimentation entrante est fermé. L’interverrouillage des contacteurs garantit que les deux alimentations ne sont jamais connectées simultanément.
Il existe deux configurations dans lesquelles un commutateur de transfert fonctionne généralement. La configuration automatique est le mode de fonctionnement normal où le commutateur effectue lui-même le transfert. Le mode dérivation est un mode de maintenance dans lequel le contrôleur est désactivé et un technicien utilise une poignée de maintenance pour actionner le commutateur. La dérivation est cependant un mode de fonctionnement très important ; sans elle, le technicien devrait couper toute l’alimentation juste pour changer un contacteur sur un tableau électrique sous tension.
Une ancienne alternative qui réapparaît souvent dans les spécifications est le commutateur de transfert manuel: même matériel, sans électronique de détection. Il est moins cher, et c’est la bonne solution lorsque l’alimentation entrante est la seule source susceptible de tomber en panne et qu’un opérateur est présent. C’est la mauvaise solution pour un ascenseur ou une salle serveur.
Où les commutateurs de transfert sont utilisés, et vers où va la demande
La technologie existante est ancienne et peu innovante : pompes, ascenseurs, générateurs, alimentations de chaudières et unités d’entrée d’usine. Ces systèmes sont fiables. En fait, la croissance du secteur provient d’autres sources.
Actuellement, les centres de données et la colocation occupent la position de leader car le transfert monophasé de seulement quelques millisecondes évite l'arrêt du rack lors d'une coupure de courant, au lieu d'utiliser un pack de batteries suffisamment grand pour tous les incidents possibles en amont. Le secteur de la santé arrive en deuxième position, car maintenir l'alimentation ininterrompue est une exigence plutôt qu'une option dans les zones de soins critiques. Les ascenseurs sont en troisième position lorsque les mouvements sont susceptibles d'être pris en charge par la nouvelle technologie, lorsqu'un seul contrôleur gérera un groupe d'ascenseurs.
Des questions juridiques et certaines tendances mineures doivent être abordées. Les bâtiments des clients intègrent des systèmes photovoltaïques et de batteries, utilisant un transfert à trois voies au lieu des options à deux voies. Les véhicules électriques lourds entraînent une consommation d'énergie énorme que le réseau ne peut pas toujours gérer, ce qui conduit à se connecter à la source d'alimentation au lieu de la commuter constamment.
En termes généraux, le triphasé contre le monophasé n'est pas une préférence que l'on peut avoir une fois que la charge dépasse environ 7 kW, et la distinction est couverte dans monophasé contre triphasé expliqué.
Types et classes
Il est important d'apprendre la notation abrégée du manuel technique pour les trois principes des commutateurs de transfert triphasés.
Dans la première dimension – le nombre de pôles, un commutateur 3 pôles coupe les trois phases tout en maintenant le neutre connecté en continu. Un commutateur 4 pôles coupe également le neutre. Lorsque le neutre et la terre sont séparés, par exemple dans un système TT, maintenir le neutre connecté va à l'encontre de l'objectif de leur séparation — le neutre reste connecté à l'électrode de terre. Utiliser un commutateur 4 pôles ou un commutateur avec déconnexion du neutre liée est la solution à privilégier dans la plupart des installations hors des États-Unis.
La dimension technologique est liée à la vitesse de commutation. Les fournisseurs utilisent cette terminologie de manière différente. Selon la norme IEC 60947-4-1, il existe les classes I (deux coupures et transfert) et II (trois coupures incluant le transfert). La classe Q signifie que le transfert prend au maximum dix millisecondes et doit être utilisée dans le cas des dispositifs électroniques. Schneider et ABB ont des ensembles différents de valeurs de classe prenant en compte le temps de transfert.
La dimension construction concerne les caractéristiques clés du mécanisme – déclenchement sous-tension avec verrouillage électrique, type solénoïde avec verrouillage mécanique, ou type motorisé à rappel par ressort, qui est la seule technologie de commutation ramenant automatiquement le mécanisme sur le réseau en cas de panne. Ceci est important dans de nombreuses situations qui ne sont pas toujours claires : le mécanisme à rappel par ressort revient à l'opération normale, tandis que les autres types maintiennent votre charge sur le générateur jusqu'à ce que quelqu'un vienne l'éteindre.
Lorsque l'interrupteur ne transfère l'électricité qu'entre le réseau A et le réseau B, et que les deux sources d'alimentation sont toujours disponibles, un interrupteur statique est la meilleure solution, car il n'a pas de pièces mobiles et effectue le transfert en moins de 10 ms tout en maintenant les deux alimentations en fonctionnement. Cependant, cette option est plus coûteuse et nécessite deux connexions séparées pour fonctionner correctement.
Les spécifications qui décident de l'achat
| VRL22B / VRL22B+ | Ce que spécifient les acheteurs | Remarques |
|---|---|---|
| Courant nominal | 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 800, 1000, 1250, 1600 A | Dimensionner selon le courant nominal complet, puis vérifier le courant de démarrage si des moteurs sont sur le bus |
| Pôles | 3P ou 4P | 4P partout où le neutre et la terre sont séparés |
| Temps de transfert | Classe Q inférieure à 60 ms ; classes PC 0,5–5 s | Les générateurs nécessitent des secondes, l’électronique des millisecondes |
| Détection | Sous/surtension, défaut de phase, séquence de phase, déséquilibre de phase, perte de neutre | La détection de perte de neutre n’existe que sur les unités 4 pôles |
| Plage de réglage | Typiquement 0,7–1,3 fois la tension nominale | La tolérance est plus importante sur une alimentation faible |
| Tenue aux courts-circuits | Icw, typiquement 50–100 kA selon le cadre | Doit être coordonnée avec le disjoncteur en amont |
| Boîtier | IP20 cadre ouvert, IP54/65 armoire | Montage sur banc nécessite une armoire dans une salle technique |
| Homologations | IEC 61439-2, CE, et UL lorsque le site est nord-américain | UL 508A s’applique au tableau, pas à l’interrupteur seul |
La tenue aux courts-circuits est la spécification sur laquelle les gens discutent en dernier, et c’est là que la relation avec les disjoncteurs autour de l’interrupteur devient concrète : la tenue doit être coordonnée avec l’appareil en amont, et la terminologie pour le reste de ce tableau est couverte dans comment l’interrupteur se rapporte aux disjoncteurs autour de lui. Deux informations supplémentaires doivent être laissées jusqu’à la présence de l’ingénieur de mise en service. Premièrement, spécifiez la durée de creux IEC 61000-4-11 contre laquelle vous vous protégez ; un interrupteur qui annonce une récupération en 200 ms ne pourra pas compenser un creux de 500 ms. Deuxièmement, indiquez clairement par écrit l’agencement des neutres sur le schéma.
Avantages et inconvénients
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Aucune interruption de la charge au-delà du temps de transfert déclaré, sans surveillance | C’est un dispositif mécanique avec un nombre fini de transferts, typiquement 50 000 à 100 000 opérations |
| Interverrouillé, de sorte que les deux alimentations ne peuvent pas être fermées simultanément | L'usure du mécanisme est invisible jusqu'à sa défaillance, puis la charge chute |
| Les versions à rappel par ressort se rétablissent sans intervention humaine | Les versions sans rappel nécessitent une réinitialisation manuelle après chaque coupure |
| Détecte les défaillances de phase et les erreurs de séquence qu'un simple dispositif fusible manquerait | Les versions 4 pôles coûtent plus cher et nécessitent qu'un neutre soit amené au commutateur |
| La téléreport de statut est disponible sur la plupart des contrôleurs modernes | La téléreport nécessite une alimentation et une voie de communication ; sur un site isolé, c'est un coût sans retour sur investissement |
| Un dérivation manuelle permet la maintenance sans couper la charge | La dérivation en position manuelle est un état que l'opérateur peut oublier de quitter, ce qui constitue un risque réel dans une salle des machines |
Avant de lire un témoignage direct, il faut toujours vérifier la deuxième colonne. Son importance réside dans deux points : le commutateur de transfert vous protège contre la perte d'alimentation mais pas contre la défaillance du système lui-même due à l'usure ; l'usure se traduit par la nécessité d'opérer le commutateur manuellement, que cela vous plaise ou non.
Marques, et leurs coûts
Les opérateurs nord-américains et européens sont les principaux acteurs du marché des spécifications : Schneider Electric a lancé ses gammes Prisma et Compact, et des ONG comme ABB, Eaton, Siemens, Hager et Legrand opèrent au même niveau. Ils disposent d'une plage de contrôle considérable, de capacités de surveillance du courant dans leurs contrôleurs, et installent tout cela pour des coûts clients qui n'incluent pas les attributs de la marque.
Les fabricants asiatiques travaillent dans le même domaine, mais leurs prix sont plus bas. L'écart n'est pas négligeable, comme l'illustrent les devis suivants pour un dispositif motorisé sans boîtier avec détection de surtension/sous-tension.
Le prix pour trois pôles avec une capacité de 63 Ampères va de $250 à $600. Le prix pour quatre pôles avec 100 Ampères est compris entre $400 et $900, et le prix pour les dispositifs avec 400 Ampères est de $1,500–4,000. Quant aux dispositifs à conception 4 pôles et capacité de 1600 Ampères, ils coûteront plus de $10,000. L'ajout d'un retour par ressort, d'une position de dérivation ou de contacts à distance augmentera le prix du dispositif. Indépendamment du fournisseur, le coût d'une unité à 600 A est présenté dans la ventilation des prix pour 600 A quatre pôles.
La société HUYU produit des commutateurs de transfert automatiques couvrant la même plage de courant, avec des dispositifs triphasés et des circuits construits sur un cadre de disjoncteur moulé pour des courants plus élevés. Le modèle économique est simple : toutes les unités sont basées sur la même classe de mécanisme IEC 60947-4-1, produites selon les prix chinois, et le volume est suffisant pour une victoire assurée dans la soumission du projet.
Comment choisir
Commencez par la charge plutôt que par le commutateur. Le courant de charge complet établit le cadre ; la présence de moteurs sur le bus détermine si une résistance aux courts-circuits plus élevée que celle indiquée dans la fiche technique est nécessaire.
Ensuite, il y a le temps. Si la charge consiste en un contrôleur d'ascenseur, un serveur, un banc d'essai de laboratoire ou tout équipement avec des batteries de condensateurs, le transfert doit être effectué en moins de 60 millisecondes et un dispositif de type Q devra être spécifié. S'il s'agit d'un groupe électrogène, d'une pompe d'alimentation de chaudière ou d'un atelier quelconque, des délais d'une seconde sont acceptables et un dispositif à retour par ressort moins sophistiqué est plus facile à utiliser.
Enfin, le neutre doit être abordé. Déterminez si le neutre et la terre de protection sont reliés à un point quelconque mis à niveau. Si oui, alors on peut utiliser des dispositifs tripolaires. Sinon, les dispositifs tétrapolaires ou un dispositif de déconnexion du neutre seront la solution appropriée, ce qui a plus d'impact que toute caractéristique dans la liste des fonctionnalités.
Il faut également déterminer ce qui se passera au retour. Un retour par ressort vers le réseau ou une maintien de l'unité génératrice jusqu'à instruction de coupure. Les deux options existent et doivent être spécifiées précisément, car la valeur par défaut pourrait ne pas correspondre à vos besoins.
Enfin, décidez de la fréquence de vos tests, et demandez le numéro de modèle tôt. Un cadre compact tel que le commutateur de transfert automatique dans la gamme de 32 à 63 A couvre les petits tableaux et les petits générateurs ; au-dessus d’environ 125 A, vous entrez dans une famille de boîtiers différente avec des capacités de court-circuit différentes, et la fiche technique doit correspondre au tableau. Un commutateur de transfert doit être actionné sous charge lors de sa mise en service puis régulièrement. L’intervalle de fonctionnement est bien plus critique que toute fonction de surveillance du commutateur et est souvent l’élément manquant dans le planning de maintenance, ce qui fait que le mécanisme atteint sa limite sans être remarqué.
FAQ
Que fait un commutateur de transfert automatique ?
L’appareil est capable de surveiller une source d’alimentation unique, déterminant quand la source est hors plage ou défaillante, permettant le transfert de la charge vers une autre source d’alimentation automatiquement. Le transfert est verrouillé, ce qui élimine la possibilité de connecter les deux sources d’alimentation. De plus, dans la plupart des unités, il est capable de détecter la survenue d’une défaillance de phase, d’une erreur de séquence de phase et, dans certains cas, d’une perte de neutre dans les machines à quatre pôles.
Quel est le meilleur commutateur de transfert automatique pour une maison ?
Un commutateur de transfert automatique est rarement la solution pour les maisons. La plupart des résidences monophasées n’ont pas d’alimentation de secours vers laquelle basculer, et lorsqu’elle existe, un transfert verrouillé pour un ou deux circuits clés suffit. Le scénario domestique réel est celui où un générateur est en place, où un transfert pour le chauffage, la réfrigération, l’éclairage et un circuit de prise résout tous les problèmes pour beaucoup moins cher qu’un système automatique complet.
Que fait un transfert automatique ?
La charge est transférée instantanément d’une source à une autre dès détection, et généralement transférée de nouveau automatiquement. Le terme clé ici est automatique ; bien que la commutation manuelle ressemble presque à la même chose de l’extérieur, elle nécessite une intervention humaine. L’équipement de commutation automatique est le type utilisé dans les situations où la continuité de la charge doit être maintenue sans aucune présence, comme les ascenseurs, les systèmes d’alarme incendie, les centres de données, les pompes à eau et les circuits critiques dans les hôpitaux.
Comment connecter un commutateur de transfert automatique ?
Deux connexions entrantes arrivent sur deux bornes d’alimentation, la charge se connecte aux connecteurs communs et la connexion de contrôle se connecte aux bornes de contrôle. Il faut décider si le neutre doit être connecté sur une unité 3 pôles ou 4 pôles avant de tirer le câble. La connexion se fait à l’aide de bornes ou de cosses spécifiées par le fabricant, et le couple est appliqué à la valeur prescrite tout en vérifiant le temps de transfert nominal pendant la connexion.
Références
- Schneider Electric — gammes de commutateurs de transfert automatiques et terminologie des classes de transfert
- ABB — appareillage basse tension incluant les commutateurs de transfert automatiques
- Hager — familles de produits de commutateurs de transfert et de changement de source
- Legrand — solutions d’appareillage et de tableaux de distribution
- Eaton — ensembles basse tension IEC 61439 et appareillage nord-américain
- Commission électrotechnique internationale — IEC 60947-4-1 (commutateurs de transfert), IEC 61439 (ensembles), IEC 61000-4-11 (chutes de tension)
Conclusion
Si vous ignorez les considérations techniques pour un commutateur de transfert automatique, il est facile de comprendre le fonctionnement de son interrupteur. Il y a essentiellement deux points que vous devez considérer concernant le mécanisme de commutation : la vitesse à laquelle le transfert se produit et le nombre de pôles impliqués dans l'opération de commutation. Une fois que vous avez confirmé que l'interrupteur a le nombre correct de pôles et la vitesse de transfert appropriée, il sera beaucoup plus facile de comprendre comment fonctionne le reste de l'interrupteur. Cependant, si vous confirmez qu'un interrupteur a un nombre de pôles incorrect, il réussira le test de couple mais échouera au test de sécurité, ce qui peut entraîner un coût beaucoup plus élevé.
