Quels re­lais pour les comp­teurs in­tel­li­gents et les éner­gies re­nou­ve­lables?

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Le dé­ve­lop­pe­ment du mar­ché des comp­teurs in­tel­li­gents et des pan­neaux so­laires im­pose des dé­fis de concep­tion spé­ci­fiques. En par­ti­cu­lier, de nom­breux fac­teurs sont à consi­dé­rer pour la sé­lec­tion des re­lais et, par consé­quent, des com­mu­ta­teurs.

Chaque nou­velle gé­né­ra­tion de comp­teurs est gé­né­ra­le­ment plus com­pacte que la pré­cé­dente, et aus­si moins éner­gi­vore. En outre, ces comp­teurs ouvrent de nou­velles pos­si­bi­li­tés de contrôle, no­tam­ment lors du char­ge­ment des vé­hi­cules hy­brides, car ils per­mettent d’éta­ler cette opé­ra­tion non ur­gente pen­dant les pé­riodes creuses. Les nou­velles fonc­tions de ges­tion des gé­né­ra­teurs lo­caux de faible puis­sance, tels que les pan­neaux so­laires, sont éga­le­ment in­cluses. Cer­tains comp­teurs sont même ca­pables de dé­con­nec­ter l’ali­men­ta­tion sec­teur à l’aide d’un au­to­mate pro­gram­mable (PLC) ou d’une com­mu­ni­ca­tion sans fil M2M, par exemple par SMS, GSM ou LW. La mise en oeuvre de ces fonct i o ns i mplique gé­né­ra­le­ment l’uti­li­sa­tion d’un re­lais. Les fa­bri­cants de re­lais op­ti­misent les avan­tages propres aux comp­teurs in­tel­li­gents en re­pous­sant constam­ment les li­mites de pré­ci­sion, sé­cu­ri­té et fia­bi­li­té. L’offre de re­lais, de com­mu­ta­teurs, de mi­cro­cap­teurs op­tiques et de connec­teurs éco­no­miques per­met de réduire la consom­ma­tion des sys­tèmes de me­sure élec­trique. De nou­veaux im­pé­ra­tifs de concep­tion sont ap­pa­rus. Les re­lais des comp­teurs in­tel­li­gents sont dé­sor­mais sou­mis à la nou­velle norme IEC 62052-31:2015(E) qui a été lan­cée en sep­tembre 2015. Elle dé­fi­nit les condi­tions re­la­tives à la sé­cu­ri­té pour les dis­po­si­tifs de me­sure et de contrôle de l’éner­gie élec­trique. Rem­pla­çant la norme IEC 6205531, elle s’ap­plique aux nou­veaux dis­po­si­tifs conçus pour me­su­rer et contrô­ler l’éner­gie élec­trique sur les ré­seaux de 50 ou 60 Hz, avec une ten­sion pou­vant at­teindre 600 V. Dans ce cas, l’en­semble des élé­ments fonc­tion­nels, ce qui in­clut les mo­dules com­plé­men­taires, sont dans un boî­tier ou consti­tuent une en­ti­té unique. Cette norme concerne éga­le­ment les dis­po­si­tifs de me­sure conte­nant des com­mu­ta­teurs de contrôle de charge et d’ali­men­ta­tion, mais uni­que­ment pour ceux qui uti­lisent un sys­tème élec­tro­mé­ca­nique, et s’ap­plique aux cir­cuits d’en­trée et de sor­tie auxi­liaires. La plu­part des fa­bri­cants de comp­teurs in­tel­li­gents

sont sou­mis à la norme UC3 (Uti­li­za­tion Ca­te­go­ry 3) pour les re­lais à en­clen­che­ment, alors que pré­cé­dem­ment les normes UC1 ou UC2 étaient consi­dé­rées comme suf­fi­santes. La com­pa­ti­bi­li­té UC3 im­pose aux re­lais une plus grande ré­sis­tance aux courts-cir­cuits et aux sur­in­ten­si­tés. Les fa­bri­cants les plus vi­sion­naires ont éten­du leur offre de re­lais à en­clen­che­ment, afin de sai­sir l’op­por­tu­ni­té of­ferte par l’in­tro­duc­tion de comp­teurs in­tel­li­gents de nou­velle gé­né­ra­tion. Ils ont ré­duit le pro­fil de ces re­lais et pro­posent dé­sor­mais des so­lu­tions aptes à gé­rer des cou­rants d’ap­pel po­ten­tiel­le­ment éle­vés. Des ef­forts consi­dé­rables ont été réa­li­sés pour amé­lio­rer l’ef­fi­ca­ci­té des re­lais lorsque des ca­rac­té­ris­tiques fon­da­men­tales, telles que la ca­pa­ci­té et l’en­du­rance à la com­mu­ta­tion, le type de bo­bine, l’isolation de la charge et la construc­tion phy­sique, ont un im­pact si­gni­fi­ca­tif sur le ren­de­ment éner­gé­tique en gé­né­ral.

Dé­con­nec­ter le comp­teur in­tel­li­gent du ré­seau élec­trique

Les ca­rac­té­ris­tiques sim­pli­fiant la concep­tion in­cluent l’uti­li­sa­tion de contacts ju­me­lés pour mieux gé­rer les sur­in­ten­si­tés et, par consé­quent, ren­for­cer la sé­cu­ri­té. Les contacts ju­me­lés ré­duisent éga­le­ment la perte de puis­sance et évitent la hausse de tem­pé­ra­ture in­terne. La mo­di­fi­ca­tion de l’orien­ta­tion de la bo­bine peut éga­le­ment réduire le nombre de bra­sages de contacts, ren­for­çant ain­si la ré­sis­tance aux sur­in­ten­si­tés et la du­rée de vie élec­trique. De telles ca­rac­té­ris­tiques se tra­duisent non seule­ment par l’ob­ten­tion d’une pro­tec­tion contre les sur­in­ten­si­tés de ni­veau UC3, mais aus­si par une ré­duc­tion de la consom­ma­tion d’éner­gie du comp­teur in­tel­li­gent. La consom­ma­tion est na­tu­rel­le­ment un ob­jec­tif ma­jeur lors de la concep­tion. Cette rai­son fait que les re­lais à en­clen­che­ment sont pri­vi­lé­giés, car ils sont uni­que­ment ex­ci­tés lors de la com­mu­ta­tion, ce qui ré­duit leur consom­ma­tion. La puis­sance

ain­si éco­no­mi­sée peut sem­bler très faible, mais lors­qu’on la mul­ti­plie par les mil­lions de comp­teurs connec­tés au ré­seau, on ob­tient un ré­sul­tat très dif­fé­rent. Il est re­com­man­dé d’uti­li­ser un re­lais à en­clen­che­ment, car si ce der­nier ne consomme du cou­rant que pen­dant la phase de com­mu­ta­tion, il ne re­quiert aus­si au­cun dis­po­si­tif élec­tro­ma­gné­tique pour son ou­ver­ture. Les deux pa­ra­mètres clés d’un re­lais pour comp­teur in­tel­li­gent sont la dé­con­nexion du ré­seau élec­trique et la ges­tion de la charge auxi­liaire. Et ce afin de per­mettre à l’uti­li­sa­teur ou à l’opé­ra­teur du ré­seau de ré­par­tir les charges ur­gentes et stan­dard en fonc­tion de l’heure du jour et du ni­veau de charge du ré­seau. Les re­lais sus­cep­tibles de se dé­con­nec­ter du ré­seau ont un ef­fet consi­dé­rable sur la consom­ma­tion, car les cou­rants à forte charge gé­nèrent des sur­chauffes in­ternes ayant un im­pact sur l’ef­fi­ca­ci­té. Ils peuvent res­ter ou­verts ou fer­més pen­dant des pé­riodes pro­lon­gées, ce qui im­pose un mo­dèle à en­clen­che­ment. Le re­lais Om­ron G9T a été spé­cia­le­ment conçu et est re­com­man­dé pour ce type d’ap­pli­ca­tion. En ef­fet, son ar­chi­tec­ture à double contact bre­ve­té ré­duit les risques de sur­chauffe in­terne.

Gé­rer la charge auxi­liaire

En termes de com­mu­ta­tion lo­cale de la charge et de temps d’uti­li­sa­tion, le re­lais sert avant tout à for­mer un cir­cuit et non à le rompre. Un re­lais élec­tro­mé­ca­nique uni­po­laire à en­clen­che­ment d’une in­ten­si­té no­mi­nale de 120A à 250Vac est par­fai­te­ment adap­té aux comp­teurs in­tel­li­gents uti­li­sés dans les en­vi­ron­ne­ments com­mer­ciaux, ré­si­den­tiels et in­dus­triels. Pour les charges al­lant jus­qu’à 16A, des so­lu­tions telles que le G2RL d’Om­ron, qui fait à peine 15,7mm de haut, sus­citent une forte de­mande. Le pro­fil com­pact du G2RL rem­plit néan­moins les exi­gences de la norme VDE0110 pour les pro­duits mé­na­gers. La ré­sis­tance au cou­rant de che­mi- ne­ment est conforme à CTI>250. Par ailleurs, le re­lais est four­ni avec une isolation de bo­bine UL1446 de classe F. La ri­gi­di­té di­élec­trique entre la bo­bine et les contacts est de 5 000 Vac. Conçu pour le mon­tage sur carte, le G2RL in­clut un boî­tier étanche aux re­mon­tées de flux ou to­ta­le­ment étanche. Les bo­bines de ces re­lais sen­sibles consomment à peine 400mW. Les mo­dèles à en­clen­che­ment, tels que le G5RL-U et le G5RL-K, sont ca­pables de gé­rer jus­qu’à 16A, avec des cou­rants d’ap­pel at­tei­gnant 150A. Les four­nis­seurs de ré­seau n’ont évi­dem­ment au­cun contrôle sur le type de charge que leurs clients connectent au comp­teur. Par consé­quent, il est es­sen­tiel de gé­rer les cou­rants d’ap­pel éle­vés propres aux charges in­duc­tives, tels que les cir­cuits d’éclai­rage. Pour les charges plus faibles, des so­lu­tions en­core plus com­pactes sont dis­po­nibles. La concep­tion de pointe du G5Q-EU (10A), en boî­tier de seule­ment 20,3 x10,3x15,8mm, per­met d’ob­te­nir un for­mat plus com­pact que les pro­duits équi­va­lents. Conçu pour des charges de 10A, sur une grille sec­teur eu­ro­péenne de 250Vac, le re­lais uni­po­laire com­pact G5QEU in­clut une bo­bine à faible consom­ma­tion, afin de réduire les coûts et l’en­com­bre­ment pour le four­nis­seur de ré­seau. Il pré­sente une ré­sis­tance au cou­rant de che­mi­ne­ment su­pé­rieure aux exi­gences de la norme CTI250. Si la charge est seule­ment de 5A, d’autres pos­si­bi­li­tés existent. Le G5NB est ca­rac­té­ri­sé par une hau­teur de seule­ment 15,3 mm, pour une pro­fon­deur de 7,2 mm. Pour sa part, le G6B me­sure à peine 10mm de haut.

Pro­té­ger les ré­seaux PV so­laires

La mi­cro-gé­né­ra­tion d’élec­tri­ci­té à par­tir d’éner­gies re­nou­ve­lables, no­tam­ment le so­laire et l’éo­lien, contri­bue à la pro­tec­tion de l’en­vi­ron­ne­ment. Les fa­bri­cants de re­lais ont dé­ve­lop­pé des composants en phase avec ces nou­velles tech­no­lo­gies de pointe. Afin d’as­su­rer l’ef­fi­ca­ci­té éner­gé­tique, des re­lais sans en­clen­che­ment sont uti­li­sés à la fois pour contour­ner les fonc­tions à cou­rant conti­nu et les dé­con­nec­ter, qu’il s’agisse de pan­neaux spé­ci­fiques ou d’un cir­cuit com­plet en cou­rant conti­nu. Les re­lais DC de forte puis­sance re­quis par les ins­tal­la­tions à éner­gie re­nou­ve­lable, telles que les pan­neaux so­laires, posent un cer­tain nombre de dé­fis par­ti­cu­liers. Avec des charges à com­mu­ter at­tei­gnant 200 A à 400 Vdc, la for­ma­tion d’arcs au cours des com­mu­ta­tions pose un pro­blème. Ce­lui-ci est le plus sou­vent lié à la dé­té­rio­ra­tion des contacts et à la ré­duc­tion de la du­rée de vie du re­lais. Les composants conçus pour ce type d’ap­pli­ca­tion, par exemple les re­lais is­sus de la sé­rie G9E, re­posent sur une concep­tion in­édite, avec un boî­tier rem­pli de gaz et des ai­mants pour confi­ner l’arc et éli­mi­ner ain­si l’es­pace nor­ma­le­ment né­ces­saire à son dé­ve­lop­pe­ment. Ces re­lais sont dès lors plus pe­tits (36x72x67mm seule­ment) que les pro­duits concur­rents, tout en of­frant des per­for­mances si­mi­laires. Les on­du­leurs des pan­neaux so­laires connec­tés au ré­seau uti­lisent des paires de re­lais de pro­tec­tion mo­no­stables, dont le fonc­tion­ne­ment est es­sen­tiel à la sé­cu­ri­té du sys­tème et de l’uti­li­sa­teur. Lors de la concep­tion de ces re­lais, la dif­fi­cul­té prin­ci­pale ré­side dans leur consom­ma­tion d’éner­gie qui doit être ex­trê­me­ment faible. Tou­te­fois, ils doivent être ac­tion­nés très ra­pi­de­ment à la de­mande, en cas de dé­mar­rage à chaud. Om­ron a adap­té le G7L-PV pour ré­pondre à ces exi­gences spé­ci­fiques. Les nou­veaux mo­dèles sont ra­pides (20 ms en gé­né­ral), du­rables et

pour­vus d’une bo­bine à faible consom­ma­tion. Ils ré­pondent aux condi­tions des normes ap­pli­cables, à sa­voir IEC62109-1, 2 (juillet 2011) et VDE0126-1. La dis­tance de contact du nou­veau re­lais Om­ron G7LPV est très longue, plus de 3 mm, afin d’as­su­rer la confor­mi­té aux normes de ten­sion de fonc­tion­ne­ment et de pro­tec­tion contre les sur­ten­sions. La ca­pa­ci­té est pas­sée à 280Vac en 30A, avec une charge in­duc­tive AC7a. Par­mi les autres mo­di­fi­ca­tions ap­por­tées au G7L-PV fi­gurent le nou­veau pro­fil des contacts sta­tion­naires et mo­biles, un ma­té­riau de contact lé­gè­re­ment plus dur, un res­sort de bo­bine ren­for­cé, un ai­mant qui passe de la classe B (132 °C) à la classe F (150 °C) plus ré­sis­tante à la tem­pé­ra­ture, et un ma­té­riau de bo­bine amé­lio­ré.

Dé­con­nec­ter le pan­neau so­laire

Un nou­veau pro­blème d’im­por­tance crois­sante ré­side dans la cou­pure des pan­neaux so­laires pho­to­vol­taïques et autres sources d’éner­gies re­nou­ve­lables, par exemple dans le cas d’un in­cen­die dans un bâ­ti­ment. Pour ef­fec­tuer cette opé­ra­tion en toute sé­cu­ri­té, il faut un re­lais DC de forte puis­sance ca­pable de cou­per en toute ur­gence un cou­rant d’in­ten­si­té 25 A à 1 000 Vdc. Dans cette op­tique, Om­ron a lan­cé le re­lais G7L-X, ca­pable de gé­rer une telle charge en à peine 30 ms. Ce re­lais peut être ins­tal­lé à proxi­mi­té d’un pan­neau pho­to­vol­taïque, ou de toute autre source d’éner­gie re­nou­ve­lable, afin de les dé­con­nec­ter ra­pi­de­ment et ain­si per­mettre une opé­ra­tion de main­te­nance ou une in­ter­ven­tion des ser­vices pu­blics. Le G7L-X est conforme aux normes des on­du­leurs PV de pan­neaux so­laires bri­tan­niques et IEC, ain­si qu’aux normes élec­triques UL et VDE ap­pli­cables. Ce mo­dèle pré­sente un cir­cuit d’as­sis­tance ma­gné­tique des­ti­né à as­su­rer un bas­cu­le­ment ul­tra­ra­pide. Les contacts du re­lais ont été spé­cia­le­ment conçus pour gé­rer les fortes charges de cou­rant conti­nu, ty­piques de l’ap­pli­ca­tion consi­dé­rée. En­fin, ils pré­sentent une dis­tance de sé­cu­ri­té de 6mm entre contacts.

La ges­tion des bat­te­ries

L’aug­men­ta­tion du prix de l’éner­gie pousse les pro­prié­taires de pan­neaux so­laires à sto­cker une par­tie de l’élec­tri­ci­té qu’ils pro­duisent. Les re­lais conçus à l’ori­gine pour as­su­rer la ges­tion des bat­te­ries des vé­hi­cules élec­triques peuvent être uti­li­sés à cette fin. Ce­la im­plique d’in­ter­rompre de forts cou­rants sans dé­té­rio­rer les contacts. Om­ron a ré­so­lu ce pro­blème avec un cir­cuit ma­gné­tique bre­ve­té à haute ef­fi­ca­ci­té qui sup­prime les arcs élec­triques. Ce­la a don­né no­tam­ment le G9EJ1-E, qui est ca­pable de cou­per 15 A à 400 Vdc, alors qu’il ne consomme que 1,2W pen­dant la com­mu­ta­tion. Il bé­né­fi­cie éga­le­ment du sys­tème de pi­lo­tage des contacts dé­ve­lop­pé par Om­ron, afin de mieux sup­por­ter les cou­rants d’ap­pel et pro­lon­ger la du­rée de vie du com­po­sant.

STEVE DRUMM (OM­RON) Fort d’une ex­pé­rience de plus de 25 ans dans l’in­dus­trie des composants élec­tro­niques, Steve Drumm est le di­rec­teur du dé­ve­lop­pe­ment com­mer­cial pour l’ac­ti­vi­té Éner­gie chez Om­ron Elec­tro­nic Com­po­nents Eu­rope BV.

≥ Par rap­port à leurs pré­dé­ces­seurs, les comp­teurs de nou­velle gé­né­ra­tion sont plus com­pacts, moins éner­gi­vores et offrent da­van­tage de fonc­tions. La mise en oeuvre de ces der­nières im­plique gé­né­ra­le­ment l’uti­li­sa­tion de re­lais.

≥ Le re­lais G5RL- U est un mo­dèle uni­po­laire à en­clen­che­ment, apte à gé­rer jus­qu’à 16A et les forts cou­rants d’ap­pel propres aux charges in­duc­tives.

≥ Le re­lais G7L- X peut être ins­tal­lé à proxi­mi­té d’un pan­neau pho­to­vol­taïque, ou de toute autre source d’éner­gie re­nou­ve­lable, afin de les dé­con­nec­ter en toute ur­gence.

< In­cor­po­rant un cir­cuit ma­gné­tique bre­ve­té qui sup­prime les arcs élec­triques, le re­lais de puis­sance G9EJ- 1- E offre une forte ca­pa­ci­té de cou­pure de 15A/ 400Vdc.

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