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Val Thorens ouvre la voie aux convertisseurs de fréquence propres Une technologie "propre"

Val Thorens est la première station de ski française à mettre en œuvre un entraînement asynchrone à convertisseur de fréquence sur ses remontées mécaniques. Objectif de ce choix innovant : garantir la qualité du courant réinjecté sur le réseau face aux obligations imposées par EDF Réseau de Distribution. Deux installations de télécabines ont fait leurs preuves cette saison et devraient rapidement convaincre les exploitants en quête de nouveaux projets.

En septembre 2007, la station de ski de Val Thorens (1 815 / 3 230 m) réceptionnait les nouvelles installations de télécabines Cairn et Caron permettant de relier deux domaines skiables du site des 3 vallées. De conception innovante, ces deux équipements sont pilotés par une seule personne en charge de gérer les 4 gares d’embarquement et de débarquement automatique des skieurs.
Mais l’innovation ne s’arrête pas à l’automatisation de la conduite. Les installations Cairn et Caron intègrent pour la première fois un entraînement électrique d’un genre nouveau dans le paysage français des remontées mécaniques : l’entraînement à courant continu cède la place au moteur asynchrone piloté à l’aide d’un convertisseur de fréquence. D’une puissance unitaire de 400 kW, les deux moteurs de Cairn et Caron sont disposés en gare inférieure. A l’origine de la remise en cause : la pollution harmonique générée sur le réseau de distribution électrique par l’électronique de commande des moteurs à courant continu.

« Cette première réalisation en France est dotée de moteurs asynchrones associés à des variateurs capables de compenser la pollution à sa source », confirme Axel Ferret, ingénieur commercial Pôle Montagne chez EDF.

La pollution du courant tombe sous le coup d’un arrêté
En effet, la situation des stations de sport d’hiver induit un niveau élevé de pollution sur le réseau de distribution électrique. Sont principalement mis en cause les variateurs électroniques entraînant les moteurs à courant continu. Les courants harmoniques (courants d’une fréquence multiple de 50 Hz) alors réinjectés sur le réseau, perturbent le fonctionnement des équipements chez les abonnés raccordés à proximité. Le constat est d’autant plus critique que les stations de ski sont généralement situées en bout de réseau, où les puissances de court-circuit sont relativement faibles. Les utilisateurs ne peuvent donc pas compter sur le maillage du réseau pour atténuer le phénomène. Par ailleurs, les puissances perturbatrices mises en jeu sont relativement élevées et ne cessent de s’accroître avec la multiplication des remontées mécaniques. Afin d’enrayer la dégradation de la qualité du courant, EDF réseau de distribution France (ERDF) applique l’arrêté du 17 mars 2003 (1) visant notamment à limiter la réinjection de courants harmoniques issus des équipements électriques de puissance (voir encadré).

Convertisseur de fréquence : une solution déjà adoptée en Europe
« Du point de vue de l’investisseur, le coût d’un entraînement à courant alternatif est comparable à celui d’une solution à courant continu comprenant les batteries de filtres, nécessaires au traitement des pollutions harmoniques », souligne Michel Marais, directeur général de Vacon France. La plupart des remontées mécaniques installées depuis plusieurs années en Suisse, en Italie et en Autriche sont animées par des moteurs asynchrones à variation de fréquence. Les exploitants ont compris qu’installer un système de filtrage sur un entraînement à courant continu ne résout que partiellement le problème. Car le réseau et les charges d’une station sont en perpétuelle évolution.
Même hybrides, ces filtres risquent d’être surchargés par les perturbations provenant d’autres charges. En outre, l’ajout de condensateurs et de selfs complique la structure du réseau. L’apparition de fréquences de résonance risque d’amplifier les courants harmoniques et finalement de faire vieillir prématurément les bancs de capacités. " Par ailleurs, il ne faut pas oublier que le courant vu en amont de l’entraînement est proportionnel à l’image du couple pour un système à courant continu, c’est-à-dire très élevé au démarrage» , précise Bruno Yannic, directeur technique de Vacon France. En revanche, pour un entraînement à courant alternatif avec variateur de fréquence, le courant prélevé en amont est proportionnel à la puissance, donc maximal à plein régime.

Une technologie propre
Afin de limiter au maximum la réinjection de courants harmoniques sur le réseau, les deux convertisseurs de fréquence Vacon de 400 kW embarquent un pont contrôlé de type IGBT et bénéficient de la technologie AFE (Active Front End), appelé également système à prélèvement de courant sinusoïdal. Cette technologie de redresseur actif consiste à placer un deuxième onduleur, cette fois-ci en tête du variateur, afin de rétablir la forme sinusoïdale originelle du courant. Les variateurs ainsi équipés, fonctionnant sous 4 quadrants, assurent également la réinjection du courant sur le réseau lors des phases de freinage de la machine.
A l’aide de la technologie de redresseur actif AFE, Vacon assure à ses variateurs un taux de réinjection d’harmoniques en courant inférieur à 5 % à charge nominale (ainsi qu’un facteur de puissance proche de 1), à la différence de la plupart des variateurs équipés de redresseurs à diodes et de selfs qui délivrent 35 à 40 % de taux de distorsion ! Cette option prend toute son ampleur sur les équipements de forte puissance tels que ceux utilisés pour les remontées mécaniques, afin d’éviter une pollution harmonique sur le réseau de distribution électrique situé en amont.
On notera cependant que l’électronique de puissance du convertisseur représente un encombrement supérieur à celui d’un variateur de puissance pour courant continu. Un inconvénient vite rattrapé par la dispense de batteries de compensation !

Etroite collaboration avec l’intégrateur
Constructeur des remontées mécaniques Cairn et Caron, Doppelmayer a confié la réalisation des lots automatisme et électricité à Seirel Automatismes qui a ainsi pris en charge l’intégration des convertisseurs de fréquence. Vacon comptait déjà à son actif plusieurs réalisations en courant alternatif pour Doppelmayer, mais sur des sites à l’étranger. De son coté, Seirel Automatismes avait déjà travaillé avec Vacon France, mais sur des équipements de plus petites puissances. Le dialogue s’est donc établi entre l’exploitation (sur la base de son cahier des charges), le constructeur, le système intégrateur (avec sa connaissance du secteur des remontées mécaniques) et Vacon France, spécialiste des convertisseurs de fréquence à faible réinjection d’harmoniques. Bruno Jurine, adjoint au directeur technique de la SETAM reconnaît que les entraînements à courant continu génèrent un haut niveau de pollution harmonique sur le réseau. « A l’origine du projet, nous avons insisté auprès du constructeur pour la mise en œuvre d’une solution à courant alternatif et convertisseur de fréquence, pour être en phase avec le décret du 17 mars 2003. Je n’étais pas inquiet quant à la fiabilité de ce choix, car nous utilisons une technologie similaire pour la production de la neige de culture depuis une dizaine d’années. A présent, je sais que nos prochaines réalisations intégreront ce type d’entraînement ! »
Jean-Claude Sechet, chargé de clientèle chez Seirel Automatismes : « Nous intégrons régulièrement des entraînements à courant alternatif avec convertisseurs de fréquence, pour des puissances inférieures à 200 kW. En revanche une puissance de 400 kW, doublée de la technologie AFE à faible réinjection d’harmoniques, était une première pour nos équipes. Je dois dire que nous avons trouvé chez Vacon France un niveau de services à la hauteur en terme de formation et d’accompagnement sur le projet. De plus, Vacon n’a pas hésité à nous avancer des pièces de rechange en dépôt dans nos ateliers pour la première année de mise en service. »
« Nous avons travaillé en étroite collaboration avec les techniciens de Seirel Automatismes, formé à notre solution », poursuit Bruno Yannic, directeur technique de Vacon France. Et Jean-Claude Sechet de reprendre : « Effectivement, si le premier démarrage de la télécabine Cairn s’est fait avec l’aide de Vacon, nous avons ensuite réalisé seuls le démarrage de Caron. A présent, nous proposerons systématiquement une alternative à courant alternatif de ce type, lors de réponses aux appels d’offres ! »

Maintenance allégée
« Du fait de qu’en altitude l’air soit relativement sec, les balais des moteurs à courant continu tendent à s’user plus rapidement que sur une installation classique et produisent une poussière abrasive et conductrice difficile à évacuer, souligne Bruno Jurine, adjoint au directeur technique de la SETAM. Chaque jeu de balais assure au mieux deux saisons, et moins dans certains cas! En revanche, l’utilisation des moteurs asynchrones nous affranchit totalement de ces désagréments. A présent la maintenance se limite aux codeurs, ventilateurs et roulements des éléments tournants. » Par ailleurs, la possibilité de piloter le moteur en couple permet de simuler la charge sur le câble lors des essais de freinage des remontées mécaniques. L’exploitant s’affranchit alors de la tâche fastidieuse qui consiste à placer de réelles masses dans les cabines.

De Val Thorens à La Toussuire…
Faisant suite à la double réalisation de Val Thorens, Vacon compte déjà à son actif une deuxième référence en France avec l’alimentation par convertisseur de fréquence d’un télésiège débrayable de 2 x 400 kW pour la station savoyarde de La Toussuire.

(1) Arrêté du 17 mars 2003 paru au J.O.R.F. du 19 avril 2003, relatif aux prescriptions techniques de conception et de fonctionnement pour le raccordement au réseau public de distribution d’une installation de consommation d’énergie électrique.