La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Conseil et formation en ingénierie électrique Qualité de l'énergie électrique et harmoniques sur les réseaux.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Conseil et formation en ingénierie électrique Qualité de l'énergie électrique et harmoniques sur les réseaux."— Transcription de la présentation:

1 Conseil et formation en ingénierie électrique Qualité de l'énergie électrique et harmoniques sur les réseaux

2 2 Références fournisseur : la quantité physique de référence d'une alimentation électrique est la tension électrique entre phase et neutre ou phase et phase si le neutre n'est pas distribué Définitions de la qualité d'une alimentation électrique en basse tension pour des équipements industriels et domestiques Conséquence fondamentale : la majorité des équipements sont conçus pour être alimentés par une source de tension satisfaisant à ces références Période réseau : 20 ms T = 20 ms f = 50 Hz Tolérance sur la fréquence : 1 HzTolérance sur la tension efficace : 10 % Amplitude 325 V Veff = 230 V Amplitude 325 V

3 3 Modèle équivalent de premier niveau monophasé de la majorité des distributions électriques sur charges linéaires Si l'alimentation est dans la plupart des cas une source de tension, c'est donc que le courant appelé est imposé par la charge En conséquence, les charges sont à considérer comme des sources de courant VeffIeff Source de tension définissant la tension imposée aux bornes de la charge Tension aux bornes de la source de courant : Veff Source de courant définissant le courant imposé dans la source Courant dans la source de tension : Ieff

4 4 Tension et courant mesurés sur une charge résistive Caractérisée par une analyse spectrale où la seule composante est à 50 Hz et de valeur efficace 235,7 V Forme d'onde de courant sinusoïdale Forme d'onde de tension sinusoïdale Caractérisée par une analyse spectrale où la seule composante est à 50 Hz et de valeur efficace 12,03 A Tension et courant maximum simultanément : =0 Cos = 1

5 5 Tension et courant mesurés sur une charge inductive Forme d'onde de tension sinusoïdale Forme d'onde de courant sinusoïdale Caractérisée par une analyse spectrale où la seule composante est à 50 Hz et de valeur efficace 236,5V Caractérisée par une analyse spectrale où la seule composante est à 50 Hz et de valeur efficace 42,21 A Tension en avance sur le courant : = 45° Cos = 0.70 av

6 6 En résumé pour des charges dites linéaires (les 2 exemples précédents) : définition des grandeurs caractéristiques Les charges pour lesquelles formes d'onde de tension et de courant sont sinusoïdales sont des charges dites linéaires Leur spectre respectif en fréquence ne présente qu'une seule composante à 50 Hz dite le fondamental (indice 1) Si la valeur efficace de la tension vaut Veff = 230 V 10%, la qualité de l'énergie est préservée, sous réserve que le facteur de déplacement : cos 0,928 ou encore tan 0,4 I1 U1 Représentation vectorielle Taux de distorsion harmonique En tension : = 0 % THDu f (%) = V harm V1 X 100 En courant : = 0 % THDi f (%) = I harm I1 X 100 Facteur de déplacement : DPF = cos 0,928 Courant actif : Courant réactif : Facteur de crête : Fc = Î Ieff = Ia = I cos Ia Ir = I sin Ir I 2 eff = I1 2 = Ia 2 + Ir 2 Courant efficace : Grandeurs caractéristiques

7 7 Incidence du facteur de déplacement (cos en termes de puissances I1 U1 Représentation vectorielle Ia Ir S 2 = U 2.(Ia 2 + Ir 2 ) S 2 = U 2.Ia 2 + U 2.Ir 2 P2P2 P Puissance active : représentant de l'énergie réelle fournie et consommée (valeur moyenne sur la période de u(t).i(t) qui vaut après calcul »P = U.Ia =U. cos kW Q Puissance réactive : exprime en terme de puissance le complément de courant fourni et consommé en plus du courant actif »Q = U.Ia =U. cos kVAr + Q 2 S 2 = S S 2 = U 2.I 2 puissance apparente : puissance de dimensionnement et qui renvoie aux valeurs efficaces »S = U.I (kVA) Représentation vectorielle des puissances

8 8 Un acquis déjà vieux pour améliorer la qualité de l'énergie : le relèvement du facteur de déplacement Position du problème en termes de sources Veff Ieff, devient : Veff Ir, /2 Ia, 0 Veff Ir, /2 Ia, 0 Solution : ajout d'une source de courant (charge supplémentaire) de même valeur efficace et de phase opposée à Ir Ir, - /2 Sur les charges résisto- inductives usuelles, la source de courant adaptée est un condensateur Ir, - /2 C Veff Ir, /2 Ia, 0 L R

9 9 Conséquence du relèvement du facteur de déplacement Interprétation en représentation vectorielle Avant relèvement I1 U1 Ia Ir S P Q I1 U1 Ia Ir S P Q Relèvement - Ir - Q Après relèvement U1 I1 = Ia S = P Interprétation en termes de grandeurs physiques Diminution du courant efficace : échauffement moindre dans les lignes Diminution de la puissance réactive : plus de risques de pénalités de paiement de réactif L'explication du phénomène harmonique basse fréquence sur les réseaux et son traitement sont totalement équivalents

10 10 Charges non linéaires U I charge non linéaire ou déformante : – une charge est dite "non linéaire" lorsque le courant qu'elle absorbe n'a pas la même forme que la tension qui l'alimente. Ce courant est riche en composantes harmoniques dont le spectre sera fonction de la nature de la charge. ex : alimentations à découpage, variateurs de vitesse, onduleurs. i(t) k.u(t-t 0 ) La cause principale est la mise en place de charges faisant intervenir un étage de transformation de tension alternative sinusoïdale en tension continue : pont de diodes, ponts de thyristors... SCHEMA DE PRINCIPE (sans selfs) C e1 e2 e3 M iIIs Exemple : variateur de vitesse machine asynchrone Conversion alternatif/alternatif

11 11 Tension et courant mesurés sur une charge non linéaire Forme d'onde de courant non sinusoïdaleForme d'onde de tension quasi- sinusoïdale Onde de courant caractérisée par une analyse spectrale dont le contenu est riche en harmoniques avec deux contributions principales La plus importante à 50 Hz (fondamental) : I1 = 52,5 A La seconde à 150 Hz = 3 X 50 (rang 3) : I3 = 36,8 A Onde de tension caractérisée par une analyse spectrale dont le contenu fait apparaître, en plus du fondamental à 50 Hz : U1 = 217 V une contribution non négligeable à 150 Hz= 3 X 50 (rang 3) : U3 = 24,4 V ( 11,2% du fondamental)

12 12 Analyse d'une charge non linéaire en termes de sources de courant Le courant appelé par une charge non linéaire est décomposable en une somme non arithmétique de courants Chacun de ces courants est défini par sa fréquence, multiple du 50 Hz, son amplitude et sa phase On peut donc associer à chacun de ces courants une source de courant possédant les bonnes caractéristiques Ces sources sont placées en parallèle pour que la somme de leur courant respectif reconstitue le courant total Fondamental à 50 Hz : I1 = 52,5 A, 50 Hz 52,5 A Rang 3 à 150 Hz : I3 = 36,8 A, 150 Hz 36,8 A 124° Dans l'exemple précédent, en se limitant, pour des raisons de simplicité, aux 2 composantes les plus contribuantes, le schéma équivalent de la distribution objet des mesures est le suivant : Veff

13 13 Dégradation de la qualité de l'énergie du fait de la présence de courants harmoniques sur les distributions L'onde de tension n'est plus sinusoïdale En conséquence, d'autres charges, même linéaires, connectées aux bornes de la même source de tension risquent de ne plus être alimentées dans des conditions satisfaisant aux références de tension exigées Pour expliquer le phénomène, à ce stade, il suffit de dire qu'il est dû à l'impédance de source (détaillé dans la communication "sources et harmoniques") 150 Hz 36,8 A 124° Veff Ls. Rs Impédance de source : Zs = Rs + j. Ls. 50 Hz 52,5 A 150 Hz 36,8 A 124° Ls. Rs Impédance de source : Zs = Rs + j. Ls. est, pour le rang 3 à 150 Hz, équivalent à : Il apparaît bien aux bornes de la source de tension une chute de tension à 150 Hz : U 150 Hz = Zs 150 Hz.I 150 Hz L'impédance de source se comporte comme une charge vis à vis de la source de courant harmonique à 150 Hz

14 14 Incidence du fait de la présence de courants harmoniques sur les distributions en termes de valeur efficace et de puissances S 2 = U 2 I 2 S 2 = U 2 (I1 2 S 2 = U 2 S 2 = D : Puissance déformante Ueff = I1 = 52,5 A = 220 V U1 = 217 V S = 17,2 kVA P = 11,48 kW Q = - 0,9 kVAr D = 12,7 kVArdef Courant efficace : Ieff = Un+++ U1 2 U In+++ I1 2 I = 78 A Tension efficace : Puissance apparente dans le cas simplificateur où on néglige les harmoniques de tension Total souvent désigné comme la contribution réactive à la puissance apparente + D 2 P2P2 + Q 2 + I2 2 + …+ In 2 ) + I2 2 + …+ In 2 )] [(Ia 2 + Ir 2

15 15 Pour des charges dites non linéaires (l'exemple précédent) : définition des grandeurs caractéristiques qui permettent d'analyser la qualité de l'énergie Facteur de crête : Facteur de puissance (PF) : = P S 1 1 = P S Facteur de déplacement : Fc = Î Ieff = 0,67 DPF = cos = 2,46 > ! = 1 PF ! Taux de distorsion harmonique : En tension : = 15,6 % THDu f (%) = V harm V1 X 100 En courant : = 73,8 % THDi f (%) = I harm I1 X 100 !> 8 % : énergie très fortement dégradée

16 16 Autres effets nocifs des harmoniques (non exhaustif) Courants harmoniques = 4 Echauffement du câble de neutre : les courants de fréquence harmonique de rang 3 et multiples de trois se somment dans le conducteur de neutre ; courant de neutre valant fréquemment 120 à 130 % des courants de phases 4 Disjonctions principales (surintensités) et différentielles intempestives (courants de défaut accentués car la circulation au travers des capacités parasites est favorisée par l'augmentation de fréquence) 4 Valeurs des courants efficaces plus élevées que celles nécessaires pour les besoins énergétiques de la charge : surdimensionnment des câbles 4 surchéchauffement des câbles : 1 A à 150 Hz a des effets thermiques plus important qu'à 50 Hz par effet pelliculaire 4 Résonance en tension au droit des sources en présence de condensateurs de relèvement de facteur de déplacement

17 17 Une nouvelle nécessité pour améliorer la qualité de l'énergie et limiter les effets nocifs : le relèvement du facteur de puissance par confinement des courants harmoniques Les harmoniques de courant ne peuvent pas être supprimées : c'est la charge qui les génère ! Il va donc falloir les confiner au plus près des charges polluantes pour éviter qu'elles remontent sur les distributions C'est par cette méthode (jusqu'à l'intégration dans les charges à composants de puissance électronique de nouvelles technologies -absorption sinus) que l'on évitera la dégradation de l'énergie (déqualification de la tension de source) due à la présence de courants harmoniques et que l'on limitera leurs autres effets nocifs Pour cela on fait appel au même type de stratégie que celle mise en œuvre pour relever un mauvais facteur de déplacement du au courant réactif : il s'agit donc de mettre en parallèle avec les sources de courant polluantes des sources de courant en opposition de phase

18 18 Relèvement du facteur de puissance : compensation des hamoniques Position du problème en termes de sources Veff Ieff Veff Ls. Rs Impédance de source : Zs = Rs + j. Ls. devient : 150 Hz 36,8 A 124° 50 Hz 52,5 A Solution : ajout d'une source de courant (charge supplémentaire) de même valeur efficace et de phase opposée 150 Hz 36,8 A - 124° Veff Ls. Rs Impédance de source : Zs = Rs + j. Ls. Le schéma équivalent devient alors le suivant : Veff Ls. Rs Impédance de source : Zs = Rs + j. Ls. 150 Hz 36,8 A 124° 50 Hz 52,5 A La chute de tension 150 Hz aux bornes de la sources disparaît donc ! L'énergie fournie par la source aux autres charges est requalifiée

19 19 Mise en œuvre de la compensation des harmoniques : les solutions passives sources N. ou S. transformateurs à différents couplages 2 confinement h3 et multiples. p1 = p2 h5, h7 D dy 3 D y Y y p1 = p2 4 filtres accordés L 5 selfs anti - hn. L 6 surdimensionnement des sources, câbles... 1 D yn h3 h etatténuation des rangs h5 et h7 (héxaphasés). atténuation THD(i). 6 5 traitement hn. à la fréquence d'accord. - On n'élimine pas les harmoniques. - Surcoût important. 1

20 20 Mise en œuvre de la compensation des harmoniques : les solutions actives Dépollution harmonique par compensateur actif : principe Source de puissance Charge non linéaire Compensateur Actif d'Harmoniques IsIch. Ic. Le compensateur actif génère les courants harmoniques demandés par les charges non linéaires (injection en opposition de phase et en temps réel). Il n'est dimensionné que pour les courants harmoniques (Puissance déformante). Le courant consommé par la charge sera : I charge = I source + I compensateur


Télécharger ppt "Conseil et formation en ingénierie électrique Qualité de l'énergie électrique et harmoniques sur les réseaux."

Présentations similaires


Annonces Google