Infrastructures distribuées à basse tension et leur impact sur les commandes
Kevin Willmorth
Alors que la majorité des installations actuelles empruntent une architecture distribuée sous haute tension (entre 110V et 347V), l’émergence de la technologie d’éclairage à semi-conducteurs remet en cause leur côté pratique et leur efficacité pour l’alimentation des futurs systèmes d’éclairage. La majorité des produits d’éclairage conventionnels fonctionnent à des puissances comprises entre 60W et 500W. Les produits d’éclairage à semi-conducteurs fonctionnent plutôt à des niveaux beaucoup plus bas, compris entre 6W et 95W, et à des tensions comprises entre 12V et 38V. Avec ces niveaux de demande plus faibles, on remet en question la distribution de la haute tension et la conversion en basse tension à chaque luminaire.
Outre la tension de fonctionnement réduite des luminaires eux-mêmes, des sources d’énergie photovoltaïques (PV) générant des tensions continues comprises entre 10V et 350V. sont actuellement déployées pour réduire les charges demandées au réseau d’alimentation. Ceci est bien adapté à la technologie moderne d’éclairage à semi-conducteurs. Plutôt que d’utiliser des convertisseurs continu-alternatif pour convertir les tensions des panneaux PV en tension secteur, puis de les reconvertir en courant continu à basse tension pour chaque luminaire, la distribution de la tension continue directement à chaque luminaire élimine ces deux conversions et augmente l’efficacité totale du système.La conversion de la tension continue du système photovoltaïque en 24 V de CC, par exemple, est bien plus efficace que la conversion du courant continu en courant alternatif à haute tension, puis de nouveau en courant continu à basse tension.
Bien que plusieurs luminaires fonctionnent à partir de sources distantes d’alimentation à basse tension, tels que l’éclairage en corniche, l’éclairage d’accentuation ou les bandeaux lumineux, ils ne sont généralement pas utilisées pour l’éclairage général. Dans les applications d’éclairage général, il existe actuellement deux approches principales permettant de faire fonctionner des luminaires directement à partir d’une alimentation CC à basse tension. L’alimentation distribuée en CC 24V d’EMerge Alliance et l’alimentation par Ethernet (PoE). Ces deux solutions utilisent des approches de commande distinctement différentes.
La norme EMerge Alliance pour les miniréseaux à basse tension, fondée sur la distribution directe de courant continu à 24 V dans les espaces occupés, est destinée à alimenter des luminaires (et d’autres charges locales similaires tels que les senseurs). Les luminaires et les senseurs sont connectés à des barres omnibus 24 V, généralement dans des systèmes de grille de plafond. La commande marche-arrêt de ces luminaires peut être réalisée avec des commutateurs conventionnels câblés à basse tension ou des senseurs à basse tension ( indépendants ou intégrés au luminaire ), pour l’exploitation des charges individuelles ou de sections de réseau.
Les commandes sans fil offrent une plus grande flexibilité pour la connexion de charges individuelles à des commandes et des senseurs spécifiques. La gradation présente quelques problèmes de coordination qui doivent être résolus. La gradation de la tension de secteur n’est pas envisageable et il n’existe à cet effet aucun gradateur de secteur à basse tension. De nombreux luminaires disponibles pour la connexion à des réseaux distribués en CC de 24V peuvent être gradués à l’aide de commandes de gradation conventionnelles 0-10V, directement au pilote de luminaire ou via des modules accessoires intégrant le câblage de senseurs, les commandes (gradation et commutation) et les fonctionnalités de l’interface de commande sans fil. En outre, plusieurs fabricants de luminaires proposent des interfaces brevetées de commande de gradation pour le contrôle de produits connectés en 24V sous courant continu. L’utilisation de commandes respectant le protocole DALI est également disponible pour les luminaires installés dans des systèmes distribués à 24 V. À l’heure actuelle, le contrôle via le protocole DMX n’est pas encore disponible pour les produits intégrés à d’autres luminaires conformément à la norme Emerge Alliance.
La deuxième architecture distribuée à basse tension, l’alimentation électrique par câble Ethernet (PoE), répartit une alimentation basse tension vers les luminaires via un câblage de catégorie 6. L’intégration d’une interface de données est ce qui distingue la PoE des autres architectures de distribution à basse tension. Les luminaires conçus pour être connectés à ces systèmes fonctionnent entre 12V et 54V sous courant continu. Les luminaires à tension de secteur peuvent également être intégrés aux réseaux PoE, via l’utilisation de relais et d’interfaces.
Les luminaires, les senseurs et les commandes manuelles sont ensuite connectés directement ou via des passerelles PoE au réseau PoE universel ( UPoE ), qui est ensuite contrôlé via des interfaces utilisateur pouvant inclure des ordinateurs de bureau ou des ordinateurs portables, des appareils intelligents (téléphones / tablettes), des commandes sans fil et des interfaces de commandes câblées fixées au bâtiment. Les luminaires entièrement intégrés incluent la communication bidirectionnelle des données pour signaler l’état et la réponse intégrale des senseurs. Les connexions entre les commandes et les luminaires, les senseurs et les réponses aux données fournies par les senseurs sont toutes gérées via une interface logicielle centralisée.
L’avantage de l’architecture PoE réside dans la simplicité du câblage, de la mise en service et de l’affectation des charges et des senseurs. En outre, la capacité de collecte et de transmission de données vers et depuis les composants connectés offre des possibilités d’intégration d’opérations logiques dans les systèmes, répondant à de multiples données d’entrée pour produire la réponse souhaitée. Par exemple, l’intégration des détecteurs de présence peut aller au-delà du simple délestage d’éclairage, pour fournir des données aux systèmes de sécurité, éliminant ainsi les senseurs redondants. De plus, l’accès à distance au logiciel central de commande permet aux gestionnaires d’immeubles de surveiller en permanence le fonctionnement et les performances du système. Les changements d’affectation de charge aux interfaces de commande sont assumés par logiciel, ce qui facilite les mises à jour pour répondre aux besoins changeants des occupants, sans aucune modification du câblage ni interruption de travail associées au remaniement des connexions câblées.
À mesure que l’efficacité de l’éclairage à semi-conducteurs augmente, les charges qu’il génère pour l’alimentation électrique des bâtiments continueront à diminuer. Aussi, le coût en matériel et en installation de l’alimentation basse tension pour assumer ces charges suscitera un intérêt accru pour les approches moins coûteuses et plus efficaces de la distribution basse tension. En outre, la demande croissante en matière de commande, la flexibilité des commandes, les commandes d’utilisateur individuel, la durée de vie prolongée des produits à semi-conducteurs et l’environnement de travail en constante évolution – tout indique l’abandon du câblage conventionnel. De ce fait, les commandes sans fil et les commandes à basse tension des charges d’éclairage à basse tension représente l’avenir des systèmes d’éclairage en général.
Cet article a été publié dans sa forme originale par Lighting Controls Association: lightingcontrolsassociation.org/2018/09/24/kevin-willmorth-on-distributed-low-voltage-infrastructures-and-their-impact-on-controls/.
Photo: Eaton Lighting, www.cooperindustries.com/content/public/en/lighting/resources/LightingStories/Distributed-Low-Voltage-Power-System.html.
Pour en savoir plus sur Kevin Willmorth http://www.lumenique.com/New_Lumenique/About.html
