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Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/0305 - 1 PUISSANCESÉNERGIESPERTURBATIONSPUISSANCESÉNERGIESPERTURBATIONS Créé par Marie-Aude MASSIN.

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1 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ PUISSANCESÉNERGIESPERTURBATIONSPUISSANCESÉNERGIESPERTURBATIONS Créé par Marie-Aude MASSIN Alain KOHLER Chef de Produits Chef de Marché Présentation S.WOLFF ET L. PITOIZET

2 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LES CHARGES LINEAIRES LES CHARGES LINEAIRES Hier, la majorité des charges utilisées sur le réseau électrique étaient des charges dites LINÉAIRES : charges appelant un courant de forme identique à la tension, cest à dire quasi sinusoïdal comme les convecteurs électriques ou encore les lampes à incandescences. HIER

3 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LES CHARGES DEFORMANTES LES CHARGES DEFORMANTES Les récepteurs présents déforment les signaux électriques du courant et de la tension. Les récepteurs présents déforment les signaux électriques du courant et de la tension. AUJOURDHUI Les signaux analysés séloignent de lallure sinusoïdale de départ. Les signaux analysés séloignent de lallure sinusoïdale de départ.

4 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LE SPECTRE HARMONIQUE LE SPECTRE HARMONIQUE Un signal déformé est la somme des signaux sinusoïdaux, d'amplitudes, de fréquences et multiples de la fréquence du signal fondamentale. Décomposition harmonique dun signal déformé.

5 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LE SPECTRE HARMONIQUE (suite) LE SPECTRE HARMONIQUE (suite) Récepteurs consomment de l'énergie réactive

6 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/

7 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LA PROBLÉMATIQUE LA PROBLÉMATIQUE Conclusion : Cette tension déformée est commune à tous les autres récepteurs du réseau. Elle est préjudiciable au bon fonctionnement de l'ensemble des récepteurs raccordés sur ce réseau. Conclusion : Cette tension déformée est commune à tous les autres récepteurs du réseau. Elle est préjudiciable au bon fonctionnement de l'ensemble des récepteurs raccordés sur ce réseau. Présence de charges déformantes Courant déformé Courant déformé x Impédance interne des générateurs Tensions harmoniques = Tensions harmoniques = Tension non sinusoïdale =

8 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ EFFETS DES HARMONIQUES EFFETS DES HARMONIQUES Effets immédiats Pertes par effet Joule Dégradation du facteur de puissance Réduction de la puissance des moteurs Surcharges des câbles, transformateurs et moteurs Disjonctions intempestives Augmentation du bruit dans les moteurs Surdimensionnement de certains composants : conducteur du neutre, d'alimentation, batteries de condensateurs Réduction de la durée de vie des moteurs Réduction de la durée de vie des transformateurs Vieillissement accéléré des isolants et des diélectriques Effets à moyen et long terme

9 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ COS φ ET FACTEUR DE PUISSANCE COS φ ET FACTEUR DE PUISSANCE Le cosinus φ est le déphasage entre la fondamentale "Tension" et la fondamentale " Courant" dans le cas de signaux non déformés. Le cosinus φ est le déphasage entre la fondamentale "Tension" et la fondamentale " Courant" dans le cas de signaux non déformés. Puissance active : P = U x I x cos φ Puissance apparente : = U x I = cos φ

10 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ La charge non linéaire, lorsquelle est soumise à une tension sinusoïdale, absorbe un courant dit "déformé" : il ny a plus proportionnalité entre courant et tension. On intègre dans cette formule la puissance dite DÉFORMANTE DÉFORMANTE qui traduit les effets de la distorsion harmonique. COS φ ET FACTEUR DE PUISSANCE (suite) FACTEUR DE PUISSANCE Le cosinus φ nest plus applicable, on parle alors de : FACTEUR DE PUISSANCE

11 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ VOUS AVEZ DIT ENERGIE REACTIVE ! VOUS AVEZ DIT ENERGIE REACTIVE !

12 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ INTÉRÊT DU RELEVEMENT DU INTÉRÊT DU RELEVEMENT DU FACTEUR DE PUISSANCE FACTEUR DE PUISSANCE Une réduction de la chute de tension de ligne La compensation dénergie réactive apporte : Un allègement de la facturation pour labonné Une augmentation de la puissance disponible sur linstallation Une diminution des pertes

13 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ QUE FAIRE ? QUE FAIRE ? Compenser l'installation grâce à l'adjonction de batteries de condensateurs Formule : Qc = P ( tan - tan ') ' S S' P activ e Q' Qc Q Réduire le taux dharmoniques

14 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ PRINCIPAUX PHENOMENES PRINCIPAUX PHENOMENES Les phénomènes de résonance proviennent de la présence déléments capacitifs et réactifs sur le réseau dalimentation électrique (ligne, transformateur, capacité de relèvement de facteur de puissance) Les risques : Destruction des condensateurs de compensation dénergie réactive Les phénomènes de résonance Ils génèrent des amplitudes élevées sur certains rangs harmoniques (rangs 5 et 7 par exemple).

15 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les échauffements dans les conducteurs et équipements électriques Les conducteurs électriques véhiculent les courants harmoniques qui produisent, par effet Joule, un échauffement des conducteurs au même titre que le courant fondamental. Malheureusement, les harmoniques ne contribuant pas au transfert de la puissance active, ils créent uniquement des pertes électriques et participent à la dégradation du facteur de puissance de linstallation. Les condensateurs sont particulièrement sensibles à la circulation des courants harmoniques du fait que leur impédance décroît proportionnellement au rang des harmoniques en présence dans le signal déformé. Les condensateurs sont particulièrement sensibles à la circulation des courants harmoniques du fait que leur impédance décroît proportionnellement au rang des harmoniques en présence dans le signal déformé. Exemple :

16 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Des déclenchements intempestifs des dispositifs magnétiques des disjoncteurs peuvent se produire, notamment dans le domaine des installations tertiaires comprenant un parc de matériel informatique important. Ils sont bien souvent dus aux problèmes de pollution harmonique. Les facteurs de crêtes élevés Les disjoncteurs assurant la protection des installations électriques comprenant des matériels informatiques voient leur seuil de sensibilité atteint lors des pointes de courant engendrés par des signaux déformés ayant des facteurs de crête importants.

17 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les courants harmoniques de rang 3, le fondamental x 3, soit 150 Hz, à partir des 3 phases vont sadditionner, ceux-ci étant en phase. Ils donnent naissance dans le conducteur du neutre à la circulation dun courant. I Neutre = 3 fois I Harmoniques 3 Les effets dans le conducteur du Neutre Remarque : De nombreux incendies de bâtiments industriels sont dus à l'échauffement excessif du conducteur du Neutre.

18 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ ASPECT NORMATIF Rang de l'harmoniqueTaux en % (1) 21 (2) ,5 3,5 3 0,3 2 1,5 0,2 Dans le cadre de la fourniture d'électricité, les taux de tensions harmoniques ne doivent pas dépasser les valeurs précisées dans le tableau suivant. Ces valeurs représentent des taux individuels calculés par rapport au fondamental à 50 Hz, sachant que le taux global d'harmonique en tension ne doit pas dépasser 8 % dans une installation de distribution basse tension. Les valeurs de taux d'harmonique individuel sont données dans le tableau ci-après. - Niveau de compatibilité pour les tensions harmoniques individuelles

19 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES Utilisation de transformateurs propre à chaque équipement - Une solution contre l'harmonique 3 et ses multiples de rangs impairs (9, 15, 21, 27,…) : Primaire Câblé en triangle Secondaire Câblé en étoile Cette solution est intéressante car elle permet l'élimination des rangs harmoniques les plus perturbateurs. Cette solution est intéressante car elle permet l'élimination des rangs harmoniques les plus perturbateurs.

20 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Filtres passifs Filtre résonnant, extrêmement efficace pour éliminer une harmonique de rang particulier "filtre passe-haut" Filtre amorti, filtrage de toutes les fréquences inférieures au rang considéré "filtre passe-bas" Mise en place de filtre(s) : LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES (suite) LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES (suite) Filtres actifs Injecte des courants harmoniques équivalents mais en opposition de phase de ceux émis par les appareils.

21 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ ATTENTION AUX PIÈGES EN MAINTENANCE "CURATIVE"… ATTENTION AUX PIÈGES EN MAINTENANCE "CURATIVE"… Attention au risque de surcompensation R Z Secteur 230 V AC Ballast magnétique Charge (tube fluo) C' Capacité de Compensation Charge (tube fluo) Capacité de découpage C R Secteur 230 V AC Redressement Ballast électronique Montage CapacitifMontage inductif - Un exemple avec l'éclairage "Économique" : Culot E27

22 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ QUELS PARAMETRES ALLONS NOUS MESURER POUR QUANTIFIER ET QUALIFIER CES HARMONIQUES ? QUELS PARAMETRES ALLONS NOUS MESURER POUR QUANTIFIER ET QUALIFIER CES HARMONIQUES ?

23 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les appareils numériques dit R.M.S réalisent la mesure efficace dun signal ALTERNATIF quelque soit sa forme, sinusoïdal ou déformé FORMULES FORMULES Valeur RMS Appareil RMS Même mesure : I = 16 A Appareil NON RMS Mesure : I = 12 A Courant mesuré

24 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Facteur de Crête Facteur de Crête Charge linéaire : soit 1,414 Absence d'harmonique Matériel informatique : 2 à 3 Présence d'harmoniques Variateur de vitesse : environ 2 Présence d'harmoniques 2 Dans le cas dune charge linéaire

25 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Le taux distorsion harmonique global Rapport de la valeur efficace de lensemble des courants harmoniques du signal sur la valeur efficace du même signal à la fréquence fondamentale Le facteur de distorsion global Rapport de la valeur efficace de lensemble des courants harmoniques du signal sur la valeur efficace du signal A ou V% % A ou V

26 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Exemple pour lharmonique 3 : Détermination de la valeur efficace du rang dharmonique considéré ainsi que de son pourcentage par rapport à la fondamentale Le taux distorsion harmonique rang par rang 100 % n

27 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les différentes perturbations selon la EN Coupures Creux de tension, surtensions Fluctuations lentes Fluctuations rapides Déséquilibres Fréquence Harmoniques

28 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les différentes perturbations selon EN (suite) Coupures brèves, longues et creux de tensions Ici, la norme donne des valeurs indicatives Coupures brèves de tension : En utilisation normale, il se produit de brèves coupures avec une fréquence variant de 10 à 100 événements par an. La durée reste en général inférieure à 1 seconde. Coupures longues de tension : De durée supérieure à 3 min, ces événements sont considérés hors du domaine de validité de la norme et pour lesquelles il nest pas possible de donner de valeurs indicatives. Origine : - Effets imprévisibles des intempéries et causes externes. Creux de tension : Diminution de la tension en dessous de 90 % de Un. Le nombre de creux peut varier de 10 à durant une année. La plupart ont une durée inférieure à 1 seconde et un niveau le plus bas de 60 % de Un. Origine : - Appel de courant important sur le réseau, démarrage de récepteur forte puissance, défaut sur le réseau : court-circuit, défaut de terre, commutation de charge.

29 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les Surtensions Origine : Foudre, fusion de fusible, enclenchement de condensateur, coupure de contacteur… Surtensions transitoires Entre Phase et Terre : - Les surtensions ne dépassent généralement pas 6 kV. - Le temps de montée peut varier de quelques microsecondes à plusieurs millisecondes Les différentes perturbations selon EN (suite) Surtensions temporaires : En Basse Tension : - la surtension peut atteindre la valeur de tension entre phase, à cause du déplacement du point de neutre du réseau triphasé. En Moyenne Tension : - réseau neutre à la terre, raccordés directement ou avec impédance, la surtension ne devra pas dépasser 1.7 Uc - réseau à neutre isolé ou résonant, elle ne devra pas dépasser 2.0 Uc

30 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Variations lentes Origine : Élévation ou baisse de la valeur efficace de la tension ( V) en raison dune variation de charge sur le réseau Les différentes perturbations selon EN (suite) EN : 95 % des valeurs efficaces moyennées sur 10 minutes doivent se situer dans la plage définie de tension nominale Un +/- 10 %

31 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Variations rapides "Flicker" EN : Variation rapide de tension, ne dépasse généralement pas 5% de Un. Origine : Fonctionnement de certains appareils à charge fluctuante (soudeuse, four à arc), Mise en service de gros moteur avec courant dappel élevé, Variations de charge dans les installations des clients ou de manœuvre sur le réseau. Les différentes perturbations selon EN (suite) EN : Sévérité du papillotement ou Flicker Pour chaque période dune semaine, le niveau de sévérité de longue durée du papillotement lié aux fluctuations de la tension, le Plt doit être inférieur ou égal à 1 pendant 95 % du temps. Plt = Perturbation pendant un temps long - Pst = Perturbation pendant un temps court

32 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Pour prendre en considération les mécanismes de la vision et établir une méthode représentative de la gêne, le Flicker doit être évalué sur une période de temps suffisamment représentative. De plus, en raison de la nature aléatoire du Flicker provoqué par certaines charges, il faut admettre que pendant cette période le niveau instantanée de Flicker peut varier considérablement et de façon imprévisible. Un intervalle de 10 Min a été jugé comme étant un bon compromis. Il est assez long pour éviter daccorder trop dimportance à des variations isolées de tensions. Il est aussi assez long pour permettre à une personne non avertie de remarquer la perturbation et sa persistance, mais il est en même temps assez court pour permettre de caractériser de façon fine un matériel perturbateur avec un long cycle de fonctionnement. Les gênes sont détectées à partir dun Pst égal à 1. La période 10 min sur laquelle a été basée lévaluation de la sévérité du Flicker de courte durée est valable pour lestimation des perturbations causées par des sources individuelles telles que les laminoirs, pompes à chaleurs ou appareils électrodomestiques. Dans les cas ou leffet combiné de plusieurs charges perturbantes fonctionnant de manière aléatoires (par exemple postes de soudure, moteurs) doit être pris en compte, ou quand il sagit de sources de Flicker à cycle de fonctionnement long ou variable ( four électrique à arc ), il est nécessaire dutiliser un critère pour évaluer la perturbation ainsi créée sur une longue durée. La sévérité du Flicker pendant un temps long, Plt, sera déduite des valeurs de la sévérité du Flicker pendant des temps courts, Pst, sur une durée appropriée liée au cycle de fonctionnement de la charge ou sur une période pendant laquelle un observateur peut être sensible au Flicker, par exemple quelques heures. Dans le C.A 8350, le temps est fixé à 120 min. Flicker, quelques explications :

33 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Variation de fréquence EN : La valeur moyenne de la fréquence fondamentale mesurée pendant 10 secondes sur des réseaux de distribution doit être compris dans lintervalle : 50 Hz ±1 % pendant 95 % dune semaine. Déséquilibre EN : Le déséquilibre est définit par lécart de symétrie du système triphasé, caractérisé par légalité des modules de tension en valeur efficace et leurs déphasages relatifs. Pour chaque période dune semaine, 95% des valeurs efficaces calculées sur 10 min de la composante inverse de la tension dalimentation doit se situer entre 0 et 2% de la composante directe. Les différentes perturbations selon EN (suite)

34 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les harmoniques et les inter-harmoniques Origine: présence de charges non linéaires sur le réseau EN : la valeur moyenne sur 10 min de la valeur efficace des harmoniques ne doit pas dépasser la valeur limite définie, pour chaque rang, en pourcentage de la tension nominale Un pendant 95% dune semaine. Les différentes perturbations selon EN (suite) Exemple : H3:5%, H5:6%, H7:5%, H9:1.5%, H11:3.5%….) Le taux global dharmoniques (THD) ne doit pas excéder 8% de lamplitude de la fondamentale.

35 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ COMMENT MESURER ? Il existe 4 groupes de produits dans le domaine de lanalyse dénergie : de lanalyse dénergie : Groupe 1 : Appareils de diagnostic en monophasé Groupe 2 : Appareils simplifiés de terrain pour lanalyse de 1 er niveau en mono ou triphasé équilibré Groupe 3 : Appareils de terrain denregistrement et danalyse en T3FNE Groupe 4 : Appareils complexes danalyse de haut niveau

36 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LES PINCES DE PUISSANCES MX 240 MX 2040 LES ACCESSOIRES OPTIONNELS ADP 1 Sortie analogique Courant ADP 2 Sortie analogique Courant Tension Puissance Résistance ADP 3 Sortie RS 232 Tout paramètres SX-DCOM Le logiciel de traitement de données

37 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LES PUISSANCEMÈTRES PX 110 Monophasé PX 120 Monophasé et Triphasé HX 0011 Commutateur de Wattmètre HX 0012 Transfo Multirapport Liaison RS 232 optique HX 0013 Logiciel de traitement de données

38 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LES PINCES PUISSANCES ET HARMONIQUES La pince Wattmétrique F 27

39 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/

40 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ LANALYSEUR DE PUISSANCES & D'HARMONIQUES QUALISTAR C.A 8334

41 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Principales grandeurs mesurées - Tension RMS AC : Tensions simples, jusqu'à 480 V - Tensions composées, jusqu'à 830 V - Courant RMS AC : Jusqu'à 240 A (Pinces MN) et jusqu'à 3000 A (AmpFlex) - Tensions et Courants PEAK - Fréquences : de 40 à 70 Hz (fondamentale) - Puissances : Actives, réactives, Apparentes. Par phase et cumulées - Énergies : Actives, Réactives, Apparentes - Harmoniques : en Tension, Courant ou Puissance. Jusqu'au rang 50 Principales valeurs calculées - Courant de Neutre - Facteurs : de crête (courants et tensions), K pour les courants (adaptation rapport de transformation) pour les transformateurs de courant), de puissance, de déplacement et de la tangente. - Effet "Flicker" pour les tensions - Déséquilibres entre phases (tensions et les courants) - Taux de distorsion harmonique - Valeur moyenne de n'importe quelle valeur calculée Fonctions complémentaires - Traitement graphique, Alarmes, Enregistrement, Datation et caractéristiques des perturbations (surtensions, creux et coupures…), Stockage - Impression immédiate de l'écran sur l'imprimante, Mémorisation d'écran - Communication numérique à liaison optique PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES

42 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Ecran OscilloscopeEcran Puissance Ecran FFT Ecran Fresnel Trois modes d'affichage Phase "observation" Mode forme d'onde : Graphique, Tableau, Vectoriel. Mode transitoires : Le mode transitoires, capture d'événements sur la tension et le courant avec déclenchements sur seuils. Phase "diagnostique" Mode harmoniques : Fonction harmonique en VA et mode "EXPERT". Ce dernier permet d'analyser l'influence des harmoniques sur l'échauffement du neutre ou sur les machines tournantes. Phase "surveillance" Mode enregistrement : Lors d'un enregistrement, tous les paramètres désirés sont sauvegardés avec visualisation graphique de ces paramètres. Un bargraph permet d'apprécier la durée totale d'enregistrement. Mode puissance/énergie : Affiche toutes les valeurs relatives à la puissance et à l'énergie. Les touches "Start" et "Stop" permettent, respectivement, de déclencher et d'arrêter les cumuls des énergies. Mode alarme : Les alarmes étant définies lors de la configuration de l'appareil, le mode alarme permet d'éditer tous les dépassements ayant eu lieu pendant la prise de mesure. Configuration La configuration intuitive, des représentations graphiques sont privilégiées. Photographie d'écran En appuyant sur une touche, l'appareil effectue une copie de l'écran. La mise en mémoire de l'écran visualisé est automatique avec horodatage. Aide La touche Aide explique les fonctions se rapportant à l'écran visualisé. Notices commerciale et de fonctionnement interactives sur CD ROM (Notions fondamentales, Modules pédagogiques, T.P, Référentiels,…)

43 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ MISE EN SITUATION DE QUELQUES APPAREILS DE MESURAGE EN MILIEU INDUSTRIEL MISE EN SITUATION DE QUELQUES APPAREILS DE MESURAGE EN MILIEU INDUSTRIEL

44 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/

45 Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ MERCI DE VOTRE ATTENTION


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