Fonctions des surpresseurs
À l'origine, la surpression concernait essentiellement la distribution et le traitement de l'eau ; or, actuellement, ces régulations sont aussi très utilisées dans l'agro-alimentaire, les grosses industries chimiques et les papeteries.
Dans le domaine de la distribution de l'eau, les surpresseurs servent à l'appoint et ils se substituent même aux châteaux d'eau dans les secteurs géographiquement mal placés. Le surpresseur est, en quelque sorte, ce qu’est le réémetteur vis-à-vis de l’émetteur pour les chaînes de télévision.
L'alimentation en eau des agglomérations nécessite en effet, pour le confort de l'usager, une pression constante, non pas au départ de la distribution, mais à l'arrivée, chez l'utilisateur. Celle-ci étant liée à la nature du réseau et au débit global, il est nécessaire que la régulation au niveau du surpresseur soit asservie à la consommation, afin de compenser les pertes de charge des canalisations. Cette compensation doit corriger la pression au départ en fonction du débit ; c'est un facteur de correction qui ne peut évidemment pas prendre en compte les besoins de chaque usager, mais qui établit un réajustement automatique moyen de la consigne « pression de base » à débit nul.
Ce facteur de correction doit agir comme le carré du débit : c'est un réajustement quadratique (figure 1).
[Figure : courbe de réajustement quadratique (figure 1)]
Nous examinerons ci-après le cas de la régulation de vitesse d’une pompe, avec enclenchement ou déclenchement automatique d’une à quatre pompes auxiliaires.
L'ensemble est piloté à partir d'un capteur analogique de pression dont le signal est utilisé comme contre-réaction sur un régulateur « proportionnel intégral » particulier qui établit la consigne d'un variateur de fréquence ainsi que le nombre de pompes à mettre en route ou à stopper.
Cette technologie optimise en permanence et réduit très sensiblement la consommation électrique, surtout lorsque le débit est faible : c'est le cas la nuit pour la distribution d'eau.
Conditions de régulation
Pour que ce type d'installation fonctionne correctement, il faut respecter les conditions suivantes :
- — la pompe servie par le variateur de fréquence doit être capable de fournir, à la vitesse nominale, une pression légèrement supérieure à toute autre pompe ;
- — la vitesse minimum, réglée sur le variateur, ne doit pas être de nature à créer une pression trop importante mais elle doit toutefois atteindre la valeur nécessaire pour dépasser la zone caractéristique de la pompe, non exploitable (pompes centrifuges), et assurer la compensation des fuites à débit nul.
Coups de bélierdans les canalisations
Pour éviter ces bruits, on doit utiliser des rampes de montées et de descentes en vitesse longues (5 secondes minimum), la fin de ces rampes se termine par une fonction intégrale (seuil et durée réglables). Cette technique permet de maîtriser les risques d’oscillations pouvant survenir lorsque le capteur de pression est éloigné des pompes (figure 2).
De même, lorsqu’une pompe auxiliaire est enclenchée sur le réseau électrique, le variateur est stoppé instantanément, sans rampe, et redémarre en appoint de pression de la pompe auxiliaire mais, cette fois-ci, avec une rampe. La réciproque se produit lors du déclenchement d'une pompe auxiliaire. Cette technique assure des variations de pression progressives.
Commutations aléatoiresde pompes lors de variationsintempestives de pression
L'emplacement du capteur de pression est déterminant ; or, pour des raisons techniques, il peut malencontreusement se trouver dans une section soumise à des turbulences. Les valeurs lues par le capteur sont alors transmises au régulateur qui, si l'on n’y prend garde, peut enclencher ou déclencher inutilement des pompes auxiliaires.
La parade consiste à définir une zone neutre de part et d’autre de la référence pression établie ; cette zone s’exprime en + ou — x % du point de consigne.
On peut alors utiliser une temporisation réglable de 2 à 150 secondes : cela signifie que la régulation ne deviendra active que lorsqu’un phénomène aléatoire aura dépassé la temporisation réglée dans la bande neutre ; hors de cette zone, le régulateur réagit immédiatement (figure 3).
Un régulateur de pressionavec cascade de pompeset variateur de fréquence
Le seul régulateur existant, intégrant toutes les fonctions décrites ci-dessus, comporte les dispositifs suivants (figure 4) :
- — un afficheur digital (1) permettant de visualiser :
- — la pression affichée à débit nul,
- — le facteur de correction,
- — la pression corrigée,
- — la consigne VLT*,
- — le nombre de pompes en service (1a)
- — réglage de la pression de base (2),
- — réglage du facteur de correction (3),
- — réglage de la zone neutre (4),
- — réglage de la temporisation de la zone neutre (5),
- — sélection du nombre de pompes (6),
- — temps de la rampe (7),
- — seuil de la fonction intégrale (8),
- — possibilité d'inversion de la régulation : augmentation de vitesse en cas d’augmentation de pression (9),
- — blocage de la régulation à partir d'un contact extérieur (manque d'eau, par exemple).
Intérêt du variateur de fréquenceVLT
Sur les pompes centrifuges, le couple évolue comme le carré de la vitesse, c'est-à-dire que la puissance consommée est proportionnelle au cube de la vitesse. Concrètement, une réduction de 10 % de la vitesse se traduit par 33 % d’économie sur la puissance électrique.
Des variateurs avec filtre antiparasites, équipés de pont de diodes en entrée (cos φ ≃ 1) permettent de limiter les besoins de l'installation à un coffret contenant les contacteurs, sectionneurs et fusibles nécessaires à une installation électrique classique, ce qui permet d’assurer le maximum de fonctions avec le minimum de matériel…
