Les systèmes UPS assurent une plus grande fiabilité dans les infrastructures critiques
Dans cet article de blog, vous apprendrez pourquoi les systèmes UPS sont indispensables pour garantir une alimentation électrique fiable et stable dans les infrastructures critiques, ainsi que les composants nécessaires pour y parvenir et les normes à respecter.
Au cours des 100 dernières années, l’électricité a toujours circulé dans un seul sens : du producteur au consommateur. Mais de nouvelles technologies, des innovations en matière d’approvisionnement et de génération de l’énergie, ainsi qu’une numérisation globale, sont en train de modifier le marché en profondeur. L’intégration réussie de composants novateurs est cruciale pour modeler activement le changement climatique et assurer un succès durable.
Les infrastructures pour l’électricité, le gaz, l’eau et la chaleur s’étendent sur de vastes zones d’approvisionnement et de stations décentralisées. La fluidité de leur fonctionnement est d’une importance capitale. Il faut détecter et résoudre immédiatement toutes les perturbations qui peuvent impacter fortement tous les domaines de la vie à court terme. C’est pour cette raison que ces domaines critiques ont été regroupés sous le terme d’infrastructures critiques (KRITIS).
KRITIS regroupe les installations et organisations don’t les pannes ou défaillances peuvent entraîner des ruptures d’approvisionnement majeures ou des perturbations de la sécurité publique. Ces infrastructures sont essentielles pour le fonctionnement de notre société et concernent des secteurs comme l’énergie, les technologies d’information, les télécommunications, les transports, la santé et l’eau.
« Chez PULS, nous croyons pouvoir ajouter de la valeur aux activités de nos clients. Et la stabilité représente la plus grande valeur pour les réseaux électriques modernes. Nos solutions d’alimentation électrique garantissent un degré élevé de fiabilité et de confiance. »
Exigences pour les systèmes d’alimentation électrique dans les infrastructures critiques
Dans cet article de blog, nous examinons les exigences relatives aux alimentations électriques et systèmes DC-UPS au sein des infrastructures critiques, ainsi que les normes pertinentes qui jouent un rôle dans ce contexte.
Une alimentation sauvegardée (UPS) est indispensable dans les infrastructures critiques. Les fournisseurs d’énergie ont recours aux systèmes DC-UPS en association avec une technologie de contrôle à distance, afin de protéger les systèmes de contrôle de leurs centrales électriques et de garantir l’intégration des énergies renouvelables par les stations de transfert et les réseaux de distribution tels que les Sous-Stationen Secondaires. L’accent est mis sur le monitorage et le contrôle des objets éloignés spatialement.
Les exigences spécifiques aux alimentations électriques et systèmes UPS dans les infrastructures critiques concernent la fiabilité, la robustesse et la sécurité :
- Prévention de l’immobilisation :
les systèmes UPS assurent une alimentation sans interruption durant les coupures de courant et permettent un arrêt ordonné des systèmes durant les pannes prolongées. - Protection contre les fluctuations de tension :
les systèmes UPS protègent les équipements sensibles contre les fluctuations de tension et les surtensions risquant d’entraîner des dommages ou des pertes de données, ce qui s’avère crucial pour l’infrastructure informatique et les systèmes de communication. - Augmentation de la sécurité opérationnelle :
en fournissant une alimentation électrique stable, les systèmes UPS contribuent à une sécurité opérationnelle globale et minimisent le risque d’interruptions opérationnelles. - Conformité avec les exigences légales :
de nombreuses infrastructures critiques sont légalement contraintes de prendre des mesures visant à garantir une alimentation électrique sans interruption. Les systèmes UPS permettent de répondre à ces exigences et de garantir la conformité avec les normes et règlementations pertinentes.
Normes et directives pertinentes pour les infrastructures critiques
L’alimentation électrique dans les infrastructures critiques relève d’une importance capitale pour la sécurité et le bien-être de la société. En adhérant aux normes et directives pertinentes, les opérateurs peuvent garantir que leurs systèmes fonctionnent de manière fiable et en toute sécurité. Voici certaines des normes et directives les plus importantes :
- §14a EnWG: régule le contrôle axé sur le réseau des appareils à consommation contrôlable et les connexions réseaux contrôlables.
- VDE-AR-N-4105: exigences techniques minimales relatives à la connexion et au fonctionnement parallèle des centrales de production dans le réseau basse tension, une norme nationale relative à la connexion réseau des centrales de production en basse tension.
- VDE-AR-N-4110: constitue la base technique concernant le fonctionnement des systèmes clients et leur connexion au réseau moyenne tension.
- BSI-Kritisverordnung: cette règlementation définit les installations considérées comme infrastructures critiques et les exigences en matière de sécurité qu’elles doivent respecter.
Les opérateurs réseaux sont contraints d’assurer une alimentation électrique stable et fiable et le réseau doit s’adapter à un flux énergétique de plus en plus flexible. Des situations de consommation et de production variables, des charges plus élevées, ainsi qu’une alimentation en électricité décentralisée entraînent des fluctuations de tension.
Des pics de charge avec des facteurs de simultanéité inconnus représentent un défi majeur. Les éléments suivants ont l’impact le plus grand :
- systèmes PV,
- pompes à chaleur,
- batteries de stockage,
- e-mobilité.
Selon différentes perspectives, ces exigences, tout comme les objectifs climatiques du gouvernement fédéral allemand, conduisent à une extension massive de l’infrastructure énergétique. Afin de répondre aux défis du changement climatique, les experts s’attendent donc à un doublement de l’infrastructure d’alimentation électrique.
La part en hausse constante des énergies renouvelables contribue également significativement à la forte croissance de ce secteur. Des études récentes, comme celle menée par la Fondation Hans Böckler, prévoient un doublement du volume des investissements dans les années à venir.
Dans des conditions environnementales exigeantes, il est primordial de disposer de l’équipement adapté.
Le développement des systèmes UPS pour les infrastructures critiques est guidé par des innovations technologiques et l’intégration des nouvelles technologies. Ces tendances aident à améliorer la fiabilité, le rendement et la sécurité de l’alimentation électrique dans des domaines critiques.
L’introduction de systèmes UPS modulaires représente une tendance majeure. En effet, ils offrent des solutions flexibles et évolutives, puisqu’ils sont constitués de plusieurs modules indépendants qui peuvent être ajoutés ou retirés en fonction des besoins. Ils facilitent ainsi l’adaptation à l’augmentation des demandes et améliorent la redondance.
Par ailleurs, les systèmes UPS sont de plus en plus intégrés aux réseaux intelligents, ce qui permet de mieux surveiller et contrôler l’alimentation électrique, tout en améliorant le rendement et la fiabilité. Les réseaux intelligents peuvent également mieux intégrer les sources d’énergies renouvelables et optimiser la stabilité du réseau.
Un autre aspect important à prendre en compte est la modification de l’infrastructure existante dans des sous-stations locales par le biais de ce qu’on appelle des solutions de rétrofit. Ces solutions mesurent les sorties et fournissent des données pour une planification de réseau étendue visant à prendre les mesures appropriées en cas de panne. La situation d’installation des appareils est souvent complexe, car le facteur de forme standardisé d’un commutateur de charge est fréquemment utilisé comme spécification du boîtier.
Enfin, on observe une tendance grandissante axée sur le développement de technologies UPS respectueuses de l’environnement, incluant l’utilisation d’énergies renouvelables, la réduction de l’empreinte carbone et l’amélioration du rendement énergétique.
Des températures ambiantes élevées : le plus grand « défi »
En tant que groupe PULS nous aidons nos clients à trouver des solutions d’alimentation électrique optimales pour les exigences citées précédemment. Pour nous, une bonne gestion de la planification de projet et une facilité d’intégrabilité de nos systèmes sont prépondérantes. Nos clients, eux, accordent une importance particulière à la durée de vie, la taille et la plage de températures.
Il existe des exigences spéciales, notamment concernant les températures opérationnelles et la durée de vie associée, notamment à cause des conditions environnementales extrêmes souvent présentes dans des zones extérieures non climatisées.
Nous considérons comme « robuste » un environnement avec un ensoleillement direct partiel dans une sous-station locale. Nous utilisons aussi le profil de température annuel de Tönisvorst (une ville en Rhénanie du Nord-Westphalie) de l’année 2022, dans lequel est enregistrée la température extérieure la plus élevée d’Allemagne, soit 41,2 °C. Une température extérieure aussi haute implique des températures supérieures à 75 °C dans des sous-stations locales actives en Allemagne.
Cette exigence maximale représente la base de la compensation appliquée au profil de température afin de simuler la charge maximale sur les composants installés. Ceci signifie qu’une charge permanente supérieure à 70 °C n’est pas prévue, mais plutôt un pic de température temporaire sur plusieurs jours durant l’année. Cette simulation détaillée s’avère très utile, puisque la tendance vers des années plus chaudes et des valeurs de pic plus élevées est manifeste en raison du changement climatique.
Choisir les composants adéquats grâce à la simulation informatique
Afin de définir de manière optimale des solutions adaptées aux températures élevées, nous avons réalisé une simulation informatique de la durée de vie détaillée au niveau du composant. Nous avons ensuite sélectionné les composants et conçu le circuit correspondant, en nous basant sur les résultats et l’exigence stipulant que les appareils devaient parvenir à un tamponnage stable des performances complètes pendant plus de 10 ans.
Afin de garantir une fiabilité de fonctionnement, il est crucial que les appareils ne subissent aucun arrêt, même à des températures supérieures à 70 °C, et puissent redémarrer de manière indépendante, si un arrêt de sécurité s’avère toutefois nécessaire.
Impact négatif de la chaleur sur la durée de vie et la fiabilité des DC-UPS et des alimentations électriques
La durée de vie minimale des alimentations électriques DC-UPS et sur rail DIN est déterminée par la durée de vie des condensateurs électrolytiques, qui constituent les éléments les plus critiques des appareils. Une augmentation de température même de +10 °C dans l’alimentation électrique diminue de moitié la durée de vie des condensateurs.
Afin de prolonger au maximum la durée de vie des alimentations électriques sur rail DIN et des DC-UPS, il est capital de protéger les appareils contre la surchauffe. Le choix du concept de refroidissement durant la conception de l’alimentation électrique joue dès lors un rôle prépondérant.
Idéalement, les appareils sont conçus pour générer le moins de chaleur possible dès le départ, notamment par une hausse du rendement et donc une réduction des pertes de puissance. Étant donné que les pertes ne peuvent pas être totalement évitées, il est essentiel de dissiper efficacement de l’appareil l’air chauffé qui en résulte.
Un concept de refroidissement rentable pour des alimentations électriques à longue durée de vie : la « conception froide » par PULS
Afin de garantir la longue durée de vie des alimentations électriques, il est primordial de réduire la génération de chaleur dans les appareils. Grâce à la « conception froide », PULS définit l’interaction de trois points clés entraînant une faible génération de chaleur : le premier correspond à un rendement constamment élevé, le second à une dissipation optimisée de la chaleur à proximité de l’appareil et le troisième à une disposition réfléchie des composants sensibles à la température dans l’appareil.
En matière de systèmes DC-UPS, PULS a jusqu’à présent préféré l’approche consistant à séparer l’alimentation électrique du module DC-UPS, plutôt que d’intégrer les deux fonctions dans un seul boîtier. L’alimentation électrique, en tant que source de chaleur primaire, est séparée des condensateurs électrolytiques sensibles du module UPS.
Cependant, la dernière filiale de PULS Adelsystem, une entreprise PULS , propose avec succès et depuis plusieurs années une solution tout-en-un combinant une alimentation électrique et un DC-UPS dans un seul appareil. Dans le cadre de cette approche, les développeurs italiens ont choisi un concept d’appareil intelligent. Nous détaillerons cette solution dans un autre article de blog.
DC-UPS, avec stockage par batterie ou condensateur ?
PULS offre actuellement deux options pour assurer une alimentation sauvegardée de la charge en cas d’urgence : les condensateurs à double couche et les batteries au plomb. Tous deux peuvent servir à stocker de l’énergie dans des systèmes DC-UPS pour des installations industrielles.
Les condensateurs à double couche, également connus sous leurs noms commerciaux : Ultracap, Supercap ou Greencap, sont disponibles sur le marché depuis plus de 25 ans et sont devenus des composants fiables et éprouvés. Relativement chers au début, ils sont adaptés pour stocker de l’énergie pour les unités DC-UPS et peuvent être utilisés pour des applications telles que la conservation de l’énergie de freinage ou la fourniture de brefs courants de crête.
Il est impossible de répondre de manière générique à la question : quelle solution de stockage énergétique pour quelle application ? Chaque application étant unique, elle requière une analyse spécifique pour garantir la meilleure alimentation sauvegardée possible.
Les questions suivantes peuvent aider à trouver la solution de sauvegarde idéale pour votre système :
- Quelle est la tension de sortie requise ?
- Quelle quantité de courant mettre à disposition comme réserve ?
- Combien de temps de sauvegarde est nécessaire ?
- Existe-il des charges dans cette application qui ne requièrent pas de sauvegarde et si c’est le cas, combien ?
En se basant sur ces informations, il est possible de recommander la puissance de sortie requise pour l’alimentation électrique, la méthode de sauvegarde, et tout appareil supplémentaire pouvant être nécessaire. Évidemment, des combinaisons standard éprouvées souvent utilisées par nos clients et typiques de l’industrie proviennent aussi des exigences correspondantes de la norme.
Synthèse :
Une alimentation électrique fiable dans les infrastructures critiques relève d’une importance capitale pour la sécurité et le bien-être de la société. En adhérant aux normes et directives pertinentes, les opérateurs peuvent garantir la sécurité de fonctionnement de leurs systèmes. L’utilisation de technologies modernes permet aussi de mettre à profit les énergies renouvelables tout en relevant les défis associés.
Les systèmes UPS sont indispensables pour garantir la fiabilité et la sécurité de l’alimentation électrique dans les infrastructures critiques. Ils protègent contre les pannes, les fluctuations de tension et les pertes de données, contribuant ainsi à la sécurité et au rendement des processus opérationnels. La mise en place de systèmes UPS dans des infrastructures critiques s’avère complexe et nécessite une planification minutieuse ainsi que les conseils du fabricant. Malgré ces enjeux, les systèmes UPS sont essentiels pour garantir la fiabilité et la sécurité de l’alimentation électrique dans des domaines critiques.
On ne peut pas fournir de réponse globale à la question du système UPS adapté à chaque application. Chaque application étant unique, elle requière donc une analyse spécifique. Cependant, les champs d’application propres à l’industrie définissent aussi les combinaisons d’appareils. N’hésitez pas à nous contacter pour trouver la solution adaptée à votre application.
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