800 kW / 800 kVA Énergie Pétrochimique : Zone Ex 2 + VFD ESP de 200 kW + Lecture Approfondie Diesel de 1000 kVA
2×S13-M-800/10 N+1 · VFD pour ESP de 200 kW · Zone Ex 2 · diesel de 1000 kVA (600 kW en secours)
1 · TL;DR Conclusion
Conclusion : cette usine pétrochimique de 800 kW utilise 2 transformateurs à huile S13-M-800/10 (N+1) + un VFD pour ESP de 200 kW (Zone Ex 2) + un diesel de secours de 1000 kVA (600 kW en attente) — total du configurateur ≈ 585 247 $, charge N-1 de 84 %, THDi 25 % (nécessite APF/SVG), la mise à niveau amorphe SH15 est rentabilisée en 3,3 ans (niveau de faisabilité).
- •2 transformateurs à huile S13-M-800/10 de 2×800 kVA (N+1), 84 % de charge après perte d'une unité (validé), demande de 640 kW
- •ESP de 200 kW sur VFD — chute au démarrage de 1,7 % contre 8,1 % en DOL ; Zone Ex 2 → tableau Ex d + MCC Ex (IEC 60079)
- •Diesel de secours 1×1000 kVA (600 kW en secours) couvre le grade-1 400 kW + incendie 150 kW = 550 kW (V9 validé), conteneur 20 pieds, autonomie de 3 jours
- •THDi 25 % au-dessus de la limite → réacteur désaccordé + filtrage actif APF/SVG (V6 avertissement)
- •Économie : 585 247 $ au total ; la mise à niveau amorphe SH15 économise 410 $/an, retour sur investissement en 3,3 ans ; pertes 248 596 kWh/an ≈ 29 832 $
2 · Solution Overview
Une usine pétrochimique est une charge lourde de grade 1 en zone dangereuse : l'eau d'incendie, l'éclairage de secours et le contrôle DCS ne doivent jamais perdre l'alimentation, tandis que les pompes ESP et les moteurs de procédé sont des charges VFD riches en harmoniques. Ce schéma associe des transformateurs à huile N+1 avec une distribution Ex Zone 2, un ESP entraîné par VFD et un diesel de secours pour l'incendie + le procédé critique.
| Source | Role | Share kW | Share |
|---|---|---|---|
| Grid 10 kV | base | 640 kW | 100% |
| Diesel 600 kW | backup | 0 kW | 0% |
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3 · Design Process & Rationale
1. Identification des besoins
Unité pétrochimique de 800 kW : grade 1 400 kW (incendie 150 + secours/commande + procédé critique 250), procédé critique 250 kW, VFD ESP 200 kW, Zone 2, coupure autorisée ≤15 s.
2. Charge et classification
Incendie 150 + secours/critique → grade 1 400 kW ; ESP/procédé → grade 2 250 ; général → grade 3 150. Grade 1 + incendie = 550 kW détermine la taille du diesel.
3. Source et mix
Réseau 10 kV (base) + diesel de secours 600 kW. Le diesel couvre le grade 1 + incendie 550 kW (V9 pass 109 %), transfert ≤15 s.
4. Dimensionnement du transformateur
Demande de 640 kW ≈ 674 kVA → palier 800 kVA ; N+1 → 2×S13-M-800/10 huile (extérieur, séparation incendie), 84 % de charge après perte d'une unité.
5. Antidéflagrant et ESP
Ex Zone 2 → tableau Ex d + MCC Ex (IEC 60079) ; ESP 200 kW sur VFD (chute de 1,7 % contre 8,1 % DOL) ; réacteur désaccordé + APF pour 25 % THDi.
6. Protection et secondaire
MT 31,5 kA / BT 36 kA pouvoir de coupure ; protocole 104 + schéma secondaire + auxiliaire CC ; sélectivité 11,9×.
7. Fiabilité et secours
ATS diesel transfert automatique + transfert final incendie, autonomie de carburant 3 jours ; N-1 maintient 84 % de charge après perte d'une unité.
Pain Points → Solution → Evidence
Une étincelle parasite dans une zone dangereuse peut enflammer le gaz
Équipement Zone 2 Ex selon IEC 60079 : tableau Ex d + MCC Ex, mise à la terre équipotentielle
V14 zone 2 Ex d ; plans de mise à la terre + protection contre les surtensions
Les pompes incendie doivent fonctionner en cas de perte totale du réseau
Départ incendie dédié + ATS à transfert final + diesel 1000 kVA
V11 circuit dédié ; V9 conforme (600 ≥ grade 1 400 + incendie 150) ; autonomie de 3 jours
Les VFD de l'ESP injectent des harmoniques qui surchauffent le transformateur
Réacteur désaccordé + filtrage actif APF/SVG
V6 THDi 25 % au-dessus de la limite → APF/SVG recommandé
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| Puissance du transformateur | 800 kVA ×2 (S13-M) | 674 kVA → palier 800 ; N+1 → 2 unités à huile | charge à 84 % ; huile extérieure pour la séparation incendie au-delà d'environ 850 kVA de demande, passer à 1000/1250 |
| Facteur de demande | 0,8 → 640 kW | installé 800 kW × Kd 0,8 | dimensionne transformateur et câble à la demande réelle vérifier Kd par rapport au planning process |
| Démarrage ESP | 200 kW VFD, creux de 1,7 % | VFD kst 1,3 vs DOL 6,5 | aucun affaissement sur les autres process ; DOL serait 8,1 % confirmer câble de fond de puits et résistance de freinage |
| Zone dangereuse | Zone 2 | gaz/vapeur présent uniquement en conditions anormales | tableau Ex d + MCC Ex, coût plus élevé (POA) Zone 1 → Ex ia/ib plus strict, coût supplémentaire |
| Diesel de secours | 1×1000 kVA (600 kW en secours) | couvre grade-1 400 + incendie 150 = 550 kW | autonomie 3 jours, charge 75 %, démarrage auto <15 s secours site complet nécessite ≈950 kW |
| Harmoniques | THDi 25 % | non linéaire 200 kW / 800 kW | nécessite APF/SVG ; réacteur désaccordé seul insuffisant objectif APF THDi ≤8 % |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
6 · Operation Demo (Deep-Read)
Fiabilité et disponibilité
N+1 84% après perte d'une unité + transfert automatique diesel ≤15 s + transfert final incendie, couvrant le grade 1 de 400 + incendie de 150 kW ; disponibilité en série ≈ classe 99,9%.
Défaut et protection
MT 28,9 kA / BT 27,8 kA, pouvoir de coupure MT 31,5 kA / BT 36 kA (marge de 1,1–1,3×) ; sélectivité 11,9×, un défaut en aval ne déclenche que son départ.
Qualité de l'énergie
THDi 25% au-dessus de la limite, réacteur désaccordé + APF/SVG ; creux au démarrage du VFD de l'ESP 1,7% (DOL 8,1%), tension de bus 0,983 pu.
Économie
585 247 $ au total ; mise à niveau amorphe SH15 avec retour sur investissement en 3,3 ans (410 $/an) ; pertes 248 596 kWh/an ≈ 29 832 $.
Other views (shown): LCC (coût du cycle de vie) · Qualité de l'énergie et harmoniques · Profil de tension · Caractéristiques du schéma · Déclassement environnemental
7 · Economics & Payback
Équipement total ≈ 585 247 $ (2×S13-M-800/10 + distribution Zone Ex 2 + VFD ESP 200 kW + diesel 1000 kVA + 104 SCADA). Pas de PV/BESS dans ce schéma, donc l'économie = capex + pertes + TCO du transformateur : passer de S13 à SH15 amorphe économise ≈3 416 kWh/an (≈410 $/an), retour sur investissement en 3,3 ans ; pertes annuelles transformateur+ligne ≈248 596 kWh (≈29 832 $/an). Le diesel est uniquement de secours — le coût d'exploitation ne s'applique qu'en cas de coupure du réseau.
8 · FAQ
Quel transformateur pour une usine pétrochimique de 800 kW ?
Comment la zone dangereuse est-elle traitée ?
L'ESP a-t-il besoin d'un VFD ?
Quelle taille de générateur diesel ?
Comment les harmoniques sont-elles gérées ?
Que se passe-t-il en cas de perte du réseau ?
Quel est le retour sur investissement d'un meilleur transformateur ?
Pourquoi type huile et non type sec ?
Le prix est-il final ?
Special Considerations
- Le THDi de 25 % dépasse la limite — une simple inductance de désaccordage ne suffira pas ; ajoutez un filtrage actif APF (remède V6).
- 600 kW de diesel couvrent le grade-1 400 kW + incendie 150 kW = 550 kW (V9 validé) ; le secours de 800 kW pour l'ensemble du site nécessite ≈950 kW.
- L'équipement pour Zone Ex 2 (tableau Ex d + MCC Ex) est chiffré par projet (POA) ; la certification Ex finale selon IEC 60079 reste à confirmer.
- Le VFD de 200 kW pour l'ESP est le plus grand moteur ; confirmez le câble de fond de puits et la résistance de freinage pour la pompe submersible.
- Estimation au niveau de faisabilité ; les plans sont en attente d'un institut de conception agréé ; confirmez la Ssc du réseau (500 MVA supposés).
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