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

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, c’est à dire quasi sinusoïdal comme les convecteurs électriques ou encore les lampes à incandescences. HIER

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. AUJOURD’HUI Les signaux analysés s’éloignent de l’allure sinusoïdale de départ. Les signaux analysés s’éloignent de l’allure sinusoïdale de départ.

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 d’un signal déformé.

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

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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 =

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

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

Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ La charge non linéaire, lorsqu’elle est soumise à une tension sinusoïdale, absorbe un courant dit "déformé" : il n’y 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 n’est plus applicable, on parle alors de : FACTEUR DE PUISSANCE

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

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 d’énergie réactive apporte :  Un allègement de la facturation pour l’abonné  Une augmentation de la puissance disponible sur l’installation  Une diminution des pertes

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 d’harmoniques

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

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 l’installation.  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 :

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.

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 s’additionner, ceux-ci étant en phase. Ils donnent naissance dans le conducteur du neutre à la circulation d’un 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.

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 ?

Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Les appareils numériques dit R.M.S réalisent la mesure efficace d’un 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

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 d’une charge linéaire

Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/ Le taux distorsion harmonique global Rapport de la valeur efficace de l’ensemble 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 l’ensemble des courants harmoniques du signal sur la valeur efficace du signal A ou V% % A ou V

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

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

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