Comprendre les systèmes électriques monophasés et triphasés
Systèmes monophasés (1P+N) : Applications 220-240V
Les systèmes d'alimentation monophasés fonctionnent à 220-240V et se composent d'un conducteur de phase (L1) et d'un conducteur neutre (N). Ces systèmes nécessitent généralement un inverseur automatique à 2 pôles (2P) qui commute simultanément le conducteur de phase et le neutre.
Applications principales :
- Bâtiments résidentiels et appartements
- Petits bureaux commerciaux (service inférieur à 100A)
- Véhicules récréatifs (VR) et maisons mobiles
- Équipements et appareils légers
- Alimentation de secours pour les charges essentielles de la maison
Les systèmes monophasés sont limités dans leur capacité de fourniture de puissance, atteignant généralement un maximum de 100A (24kW à 240V). Pour les applications d'alimentation de secours résidentielles, un inverseur automatique 2P offre une protection adéquate lors de la commutation entre les sources du réseau et du générateur.
Systèmes triphasés (3P+N) : Alimentation industrielle 380-415V
Les systèmes d'alimentation triphasés fournissent 380-415V via trois conducteurs de phase (L1, L2, L3) plus un conducteur neutre (N). Ces systèmes nécessitent soit un inverseur automatique à 3 pôles (3P) ou à 4 pôles (4P), selon que le neutre doit être commuté ou non — une décision critique qui affecte la sécurité et la fiabilité du système.
Applications principales :
- Installations de fabrication et usines industrielles
- Bâtiments commerciaux avec systèmes HVAC
- Centres de données et installations de télécommunications
- Installations exploitant des moteurs triphasés (pompes, compresseurs, refroidisseurs)
- Installations solaires photovoltaïques à grande échelle avec systèmes d'onduleurs hybrides
| Type De Système De | Tension | Conducteurs | Inverseur automatique typique | Capacité de charge maximale | Applications courantes |
|---|---|---|---|---|---|
| Monophasé | 220-240V | L1 + N | 2P | Jusqu'à 24kW | Résidentiel, petit commerce |
| Trois Phases | 380-415V | L1 + L2 + L3 + N | 3P ou 4P | Jusqu'à 400kW+ | Industriel, grand commerce |
| Phase divisée | 120/240V | L1 + L2 + N | 3P (spécial) | Jusqu'à 48kW | Résidentiel nord-américain |
Le dilemme du “ 4ème pôle ” : Sélection d'un inverseur automatique 3P ou 4P
C'est là que la plupart des erreurs de spécification se produisent. La décision entre un inverseur automatique à 3 pôles et à 4 pôles modifie fondamentalement la façon dont votre système gère la mise à la terre du neutre et la protection contre les défauts.
Inverseur automatique à 3 pôles : Phases commutées, neutre solide
Un inverseur automatique 3P commute uniquement les trois conducteurs de phase (L1, L2, L3) tout en laissant le conducteur neutre comme une connexion de passage directe entre les deux sources d'alimentation.
Configuration :
- Commutateurs : L1, L2, L3
- Passage direct : Neutre (N)
- Mise à la terre : Point de liaison unique à l'entrée de service
- Générateur : Neutre NON relié à la terre (neutre flottant)
Limitation critique :
Lors de l'utilisation d'un inverseur automatique 3P, le neutre du générateur ne doit pas être relié à la terre au niveau du générateur. Toute liaison neutre-terre se produit uniquement au niveau de l'entrée de service du réseau. Cela crée un système non dérivé séparément où le générateur partage la référence de mise à la terre du réseau.
Risques d'un inverseur automatique 3P avec neutre solide :
- Formation de boucle de terre: Lorsque les neutres du réseau et du générateur se connectent via le bus neutre solide, toute différence de potentiel de tension entre les deux systèmes de mise à la terre crée des courants de circulation. Ceci est particulièrement problématique dans les systèmes hybrides solaires-batteries où l'onduleur peut introduire des courants de décalage CC.
- Incompatibilité RCD/GFCI: Les disjoncteurs différentiels (DDR) mesurent le déséquilibre de courant entre les conducteurs de phase et de neutre. Avec un neutre solide, les courants de défaut peuvent revenir par des chemins alternatifs, provoquant un déclenchement intempestif ou — pire — un défaut de déclenchement lors de défauts de terre réels.
- Différences de potentiel du neutre: Si le générateur et le réseau ont des impédances de mise à la terre différentes (courantes dans les générateurs mobiles ou les installations temporaires), le neutre peut flotter à des tensions dangereuses lorsque la source hors tension est toujours connectée via le bus neutre.
- Conflits de relais de défaut à la terre: Les systèmes avec protection contre les défauts à la terre sur les deux sources verront de faux courants de défaut à la terre circuler dans le chemin neutre de la source hors tension, ce qui pourrait déclencher inutilement les dispositifs de protection.
Inverseur automatique à 4 pôles : Isolation complète de la source
Un inverseur automatique 4P commute les quatre conducteurs: L1, L2, L3 et neutre. Cela crée des systèmes dérivés séparément et isolés électriquement.
Configuration :
- Commutateurs : L1, L2, L3, N
- Passage direct : Aucun (isolation complète)
- Mise à la terre : Liaison séparée à chaque source
- Générateur : Neutre relié à la terre au niveau du générateur
Avantages de la configuration à 4 pôles :
- Conformité du système dérivé séparément: Chaque source d'alimentation (utilitaire, générateur, onduleur solaire) devient un système dérivé séparément indépendant avec sa propre liaison neutre-terre. Cela répond aux exigences de l'article 250.30 du NEC et élimine les chemins de terre parallèles.
- Prévention des boucles de terre: En déconnectant complètement la source inactive, aucun courant de circulation ne peut circuler entre les différents systèmes de mise à la terre. Ceci est essentiel dans les systèmes hybrides solaires où les sources basées sur des onduleurs peuvent introduire des harmoniques ou des composantes CC.
- Compatibilité de la protection RCD: Les dispositifs de protection contre les défauts à la terre fonctionnent correctement car la protection de chaque source ne voit que ses propres courants de défaut, sans interférence du chemin de terre de la source alternative.
- Stabilité de la référence de tension: Chaque source établit sa propre référence de neutre stable, éliminant les fluctuations de tension causées par les différences de potentiel de neutre entre les sources.
Recommandation d'ingénierie VIOX
Pour les systèmes hybrides solaires-batteries, les installations de secours de générateur et toute application utilisant plusieurs sources d'alimentation, VIOX recommande fortement les inverseurs automatiques à 4 pôles.
L'augmentation marginale des coûts (généralement de 15 à 25 % par rapport aux unités 3P) est insignifiante par rapport à l'élimination des problèmes de boucle de terre, des déclenchements intempestifs des RCD et des dommages potentiels aux équipements dus aux déséquilibres de tension du neutre. Lors de nos tests sur le terrain avec plus de 2 000 coffret de combinaison solaire installations, les systèmes utilisant des configurations ATS 4P ont montré 92 % moins d'appels de service liés à la mise à la terre par rapport aux configurations 3P.
| Fonctionnalité | ATS à 3 pôles | ATS à 4 pôles |
|---|---|---|
| Phases commutées | L1, L2, L3 | L1, L2, L3, N |
| Manipulation neutre | Passage direct solide | Commuté (isolé) |
| Liaison N-G du générateur | Doit être supprimée | Requis au niveau du générateur |
| Type De Système De | Non dérivé séparément | Dérivé séparément |
| Boucles de terre | Risque élevé | Éliminé |
| Compatibilité RCD | Limitée | Compatibilité totale |
| Solaire hybride | Non recommandé | Recommandé |
| Prime de coût | Prix de base | +15-25% |
| Conformité NEC | Nécessite une conception soignée | Conformité automatique |
Systèmes à phase divisée : Le piège de sélection nord-américain
L'alimentation à phase divisée, courante aux États-Unis, aux Philippines et à Taïwan, présente un défi unique qui piège de nombreux ingénieurs qui spécifient les inverseurs.
Qu'est-ce que l'alimentation à phase divisée ?
La phase divisée fournit 120V/240V via un enroulement secondaire de transformateur à prise centrale :
- L1 au neutre : 120 V
- L2 au neutre : 120 V
- L1 à L2 : 240 V
Bien qu'ils soient appelés “ monophasés ”, les systèmes à phase divisée ont deux conducteurs chauds (L1, L2) qui sont déphasés de 180°, plus un conducteur neutre.
Le piège de sélection ATS
Erreur courante: Spécification d'un ATS standard à 2 pôles pour les systèmes à phase divisée.
Problème: Un ATS 2P standard conçu pour les véritables systèmes monophasés (un fil chaud + neutre) ne peut pas gérer correctement les systèmes à phase divisée avec deux fils chauds. Vous devez commuter à la fois L1 et L2, pas seulement un.
Solutions correctes :
- Configuration ATS à trois pôles: Utilisez un ATS 3P pour commuter L1, L2 et le neutre. Cela traite le système à phase divisée comme un système triphasé avec seulement deux phases utilisées.
- ATS 2P à phase divisée spécial: Certains fabricants proposent des commutateurs 2P spécialisés qui commutent simultanément L1 et L2 tout en laissant le neutre en tant que passage direct. Cependant, ceux-ci souffrent toujours des problèmes de boucle de masse évoqués ci-dessus.
Exigences d'application de phase divisée
Pour les systèmes d'alimentation de secours résidentiels nord-américains (service typique de 200 A) :
Recommandé: ATS à 3 pôles avec commutation de neutre ou ATS à 4 pôles (si traité comme L1+L2+N+de rechange)
Cette configuration :
- Commute les deux phases chaudes (L1, L2) indépendamment
- Peut éventuellement commuter le neutre (recommandé pour les systèmes de générateur)
- Permet le bon fonctionnement des charges 120 V (L1 ou L2 vers N) et 240 V (L1 vers L2)
- Empêche le retour de courant entre les neutres du réseau et du générateur
Remarque importante sur le câblage: Lors de la connexion d'une phase divisée à un ATS 3P ou 4P :
- L1 → Borne ATS 1
- L2 → Borne ATS 2
- Borne 3 → Laisser vide ou utiliser pour la commutation de neutre
- N → Borne de neutre dédiée (si 4P) ou bus solide (si 3P)
Ceci est particulièrement important pour les installations de bornes de recharge pour véhicules électriques qui nécessitent souvent une alimentation à phase divisée de 240 V pour la recharge de niveau 2.
Équilibrage de la charge et stabilité de la tension de phase
Un déséquilibre de charge dans les systèmes triphasés crée des problèmes de fonctionnement qui affectent directement les performances et la fiabilité de l'ATS.
La physique du déséquilibre triphasé
Dans un système triphasé parfaitement équilibré, chaque phase transporte un courant égal (±10 %) et le neutre transporte un courant minimal (principalement des harmoniques). Cependant, les installations réelles atteignent rarement cet équilibre en raison de :
- Distribution de la charge monophasée: La plupart des charges commerciales et résidentielles sont monophasées (éclairage, matériel de bureau, ordinateurs). Lorsque ces charges se concentrent sur une ou deux phases, un déséquilibre important se produit.
- Courants d'appel du moteur: Triphasé moteurs et contacteurs consomment des courants d'appel élevés au démarrage. Si le système est déjà déséquilibré, cet événement transitoire peut déclencher une perte de phase ATS ou une protection contre le déséquilibre de tension.
- Sortie de l'onduleur solaire: Onduleurs hybrides dans les systèmes triphasés peuvent produire une sortie légèrement déséquilibrée, en particulier lorsque la charge de la batterie et l'inversion se produisent simultanément.
Comment le déséquilibre affecte le fonctionnement de l'ATS
Les commutateurs de transfert automatiques modernes surveillent l'amplitude de la tension et l'angle de phase sur tous les conducteurs. Paramètres de déclenchement typiques du déséquilibre de tension ATS :
- Déséquilibre de tension phase à phase: ±10 % par rapport à la moyenne
- Détection de perte de phase: Toute phase tombe en dessous de 85 % de la valeur nominale
- Détection de décalage du neutre: La tension du neutre dépasse 10 % de la tension de phase
Scénario de défaillance réel :
Un système triphasé de 415 V avec un mauvais équilibre de charge :
- L1 : 95 A (presque à pleine capacité)
- L2 : 45 A (charge légère)
- L3 : 60 A (charge modérée)
Lorsque l'installation démarre un grand moteur triphasé (par exemple, compresseur CVC), la tension L1 chute à 380 V tandis que L2 et L3 restent à 410 V. Le contrôleur ATS interprète ce déséquilibre de 7,3 % comme une perte de phase potentielle et peut effectuer un transfert inutile vers le générateur, perturbant les opérations.
Prévention des déclenchements ATS liés au déséquilibre
Solutions d'ingénierie :
- Analyse de la distribution de la charge: Lors de l'installation initiale, mesurez le courant sur chaque phase pendant les opérations de pointe. Redistribuer les charges monophasées pour obtenir un équilibre de ±15 % entre L1, L2, L3.
- Démarreurs progressifs de moteur: Installer des contrôleurs de démarrage progressif sur les gros moteurs triphasés afin de réduire le courant d'appel et l'affaissement de tension pendant le démarrage.
- Tolérance accrue au déséquilibre de tension: Si votre inverseur de source (ATS) permet un réglage sur site des seuils de déclenchement, augmentez la tolérance au déséquilibre de tension de 10% à 15% (uniquement si la qualité de l'alimentation le permet). Consultez le support technique de VIOX avant de modifier les paramètres d'usine.
- Panneaux d'équilibrage de phase: Pour les installations avec des charges majoritairement monophasées, installez des panneaux de distribution d'équilibrage de phase automatiques qui répartissent dynamiquement les charges sur les phases.
- Dimensionnement du générateur: Assurez-vous que la capacité du générateur de secours dépasse la charge totale d'au moins 25% afin de maintenir la stabilité de la tension pendant une charge déséquilibrée. Un générateur sous-dimensionné amplifiera les problèmes de déséquilibre de tension.
Si votre inverseur de source (ATS) subit des transferts intempestifs fréquents en raison d'un déséquilibre de tension, consultez notre guide complet de dépannage des inverseurs de source (ATS) qui couvre la surveillance de la tension, les réglages des relais et les procédures de vérification du rapport de transformation des TC.
Considérations supplémentaires relatives à la conception du système
Lors de l'intégration d'un inverseur de source (ATS) dans un système de distribution électrique nouveau ou existant, tenez compte des composants connexes suivants :
- Coordination des disjoncteurs: Assurez-vous que les dispositifs de protection en amont et en aval se coordonnent correctement pendant les opérations de transfert de l'inverseur de source (ATS)
- Protection contre les surtensions: Installez des parafoudres de type 2 des deux côtés (secteur et générateur) de l'inverseur de source (ATS) afin de protéger contre les transitoires de commutation
- Mise à la terre correcte: Vérifiez que les systèmes d'électrodes de mise à la terre sont conformes aux exigences du code pour les systèmes dérivés séparément
- Sélection du panneau de distribution: Faites correspondre les spécifications du panneau aux valeurs nominales de sortie et à la configuration des pôles de l'inverseur de source (ATS)
Référence rapide : Matrice de sélection des inverseurs de source (ATS)
| Application | Système de tension | Le Type De Charge | Inverseur de source (ATS) recommandé | Considération critique |
|---|---|---|---|---|
| Secours résidentiel | 240 V monophasé | Ménage mixte | 2P (100-200A) | 2 pôles standard adéquats |
| Systèmes RV/Mobile | 120/240 V biphasé | Mixte 120V+240V | 3P ou 4P (30-50A) | Doit commuter les deux phases |
| Petit commerce | 240 V monophasé | Bureau + CVC | 2P (200-400A) | Dimensionner pour le courant d'appel |
| Industrie légère | 415 V triphasé | Principalement des moteurs | 3P (100-400A) | Vérifier l'emplacement de la liaison du neutre |
| Solaire hybride | 415 V triphasé | Onduleur + réseau | 4P (63-250A) | Empêche les boucles de terre |
| Secours par générateur | 400 V triphasé | Critical loads | 4P (100-630A) | Requis pour les systèmes dérivés séparément |
| Centre de données | 400 V triphasé | Systèmes UPS | 4P (400-1000A) | Transfert rapide, capacité de contournement |
| Fabrication | 415 V triphasé | Machines lourdes | 4P (250-800A) | L'équilibrage de la charge est essentiel |
FAQ : Questions courantes sur la configuration des pôles des inverseurs de source (ATS)
Q : Puis-je utiliser un inverseur de source (ATS) à 3 pôles avec un système triphasé à 4 fils ?
Oui, mais seulement si vous maintenez une connexion de neutre solide et que vous vous assurez que le neutre du générateur N'EST PAS relié à la terre. Le générateur doit fonctionner comme un système non dérivé séparément. Cependant, pour les systèmes solaires hybrides et les installations avec protection RCD, VIOX recommande des configurations à 4 pôles pour éviter les boucles de terre et les déclenchements intempestifs.
Q : Pourquoi mon système biphasé a-t-il besoin d'un commutateur de transfert à 3 pôles ?
Les systèmes diphasés 120/240 V ont deux conducteurs de phase (L1, L2) qui doivent tous deux être commutés pour alimenter correctement les charges de 240 V et maintenir l'équilibre des circuits de 120 V. Un commutateur bipolaire standard ne commute qu'une seule phase, laissant la moitié de vos circuits de 120 V et toutes les charges de 240 V hors tension pendant le transfert. Utilisez un ATS 3P configuré pour le diphasé, ou de préférence un ATS 4P avec commutation du neutre.
Q : Que se passe-t-il si je relie le neutre du générateur dans un système d'inverseur de source (ATS) à 3 pôles ?
Vous créez un chemin de terre parallèle dangereux. Lorsque les neutres du réseau et du générateur sont mis à la terre et connectés via la barre omnibus de neutre solide, les courants de défaut à la terre peuvent revenir par l'un ou l'autre chemin. Cela viole les exigences de la norme NEC 250.20, provoque un dysfonctionnement des dispositifs de protection contre les défauts à la terre et crée des courants de circulation entre différentes électrodes de terre. Supprimez toujours les liaisons neutre-terre du générateur lorsque vous utilisez un inverseur de source (ATS) 3P.
Q : Comment puis-je déterminer si mon système est suffisamment déséquilibré pour causer des problèmes à l'inverseur de source (ATS) ?
Mesurer les courants de phase pendant le fonctionnement normal avec un pince ampèremétrique. Calculer le déséquilibre à l'aide de cette formule :
Déséquilibre % = (Déviation maximale par rapport au courant moyen / Courant moyen) × 100
Si le déséquilibre dépasse 20%, répartir les charges monophasées sur les phases ou ajuster les paramètres de déclenchement en cas de déséquilibre de tension du TSA (si autorisé). Consulter notre dépannage des inverseurs de source (ATS) pour connaître les procédures de mesure détaillées.
Q : Puis-je moderniser un TSA tripolaire en une configuration tétrapolaire ?
Non. La construction mécanique et la disposition des contacts sont fondamentalement différentes. Un inverseur de source (ATS) tripolaire possède trois contacts de commutation plus une barre omnibus de neutre solide. Un inverseur de source (ATS) tétrapolaire possède quatre contacts de commutation indépendants. La mise à niveau nécessite le remplacement complet de l'ATS. VIOX propose des services de modernisation avec un temps d'arrêt minimal pour les applications critiques. Contactez le support technique pour une évaluation du site.
Q : Ai-je besoin de disjoncteurs différents pour les systèmes TSA tripolaires et tétrapolaires ?
Amont et aval disjoncteurs doivent correspondre à la configuration des pôles du TSA. Pour les systèmes TSA tripolaires, utiliser des MCCBs ou ACB. tripolaires. Pour les systèmes TSA tétrapolaires, utiliser des disjoncteurs tétrapolaires pour maintenir une isolation complète de la source. Ceci est particulièrement essentiel dans les installations solaires où les systèmes CC et CA doivent rester isolés.
VIOX Électrique a fourni plus de 15 000 commutateurs de transfert automatique à des clients industriels et commerciaux du monde entier depuis 2008. Notre équipe d'ingénierie fournit des examens de conception de système gratuits pour les projets nécessitant des configurations de TSA spécialisées. Contacter notre assistance technique au [email protected] ou consulter notre gamme complète de produits TSA pour les spécifications et les schémas.
