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La qualité de l’énergie électrique
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PRODUCTION DISTRIBUTION
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doivent veiller à la qualité de l’énergie fournie
Distributeur et Fournisseur Utilisateur Client doivent veiller à la qualité de l’énergie fournie
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Les principales causes
de perturbations EDF La Foudre Les courts-circuits accidentels Utilisateurs Charges déformantes
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de la pollution harmonique
Analyse de la pollution harmonique Qualité de la tension Qualité du courant
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La tension du réseau Sinusoïdale
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NORME Lister Fixer Perturbations les plus fréquentes Valeurs limites
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Basse tension (BT) < 1 kV Élaborée par le CENELEC
NORME EUROPEENNE NF EN 50160 Caractéristiques de la tension fournie par les réseaux publics de distribution Basse tension (BT) < 1 kV Moyenne tension (MT) 1 kV < Vr < 35 kV Élaborée par le CENELEC
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NF EN 50160 Caractérise la qualité de la tension fournie Elle liste les paramètres à surveiller et la durée de la surveillance
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Caractéristiques de l’alimentation BT
La fréquence L’amplitude de la tension fournie La forme d’onde La symétrie des tensions triphasées
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La fréquence 50 Hz 1% (sur 99,5 % de 1’année)
Elle doit être de 50 Hz 50 Hz 1% (sur 99,5 % de 1’année) 50 Hz + 4 % / - 6% (100 % du temps) Enregistrement par période de 10 s
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L’amplitude de la tension fournie
Vr (Ph - N) = 230 V Par semaine : Vr - 10 % < 95 % des VrN < Vr +10 % En continu : Vr - 15 % < VrN < Vr + 15 % Moyennées sur 10 min
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La forme d’onde Variations rapides Variations lentes
Surtensions transitoires (foudre, commutation sur charge inductive,…) Creux de tension (2/3 des creux de tension ont une amplitude qui ne dépasse pas 25 % et les 3/4 durent moins de 320 ms) Flicker (démarrage de gros moteurs de fours à arc, de chaudières...) Coupures
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La forme d’onde Surtensions Flicker Creux de tension coupures 230 V
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Le déséquilibre des tensions
causé par la dissymétrie de la consommation sur les 3 phases en aval du transformateur En particulier par des charges monophasées mal réparties entre phases
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LE CA 9334 L’évolution électrique du réseau
L ’ANALYSEUR DE RESEAUX ELECTRIQUE TRIPHASE LE CA 9334 OBSERVER SURVEILLER DIAGNOSTIQUER ENREGISTRER L’évolution électrique du réseau
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Le logiciel d’exploitation
Analyse des données suivant la norme EN 50160 (exploitation des données sur tableur Excel)
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… le 26 et le numéro complémentaire…
Toujours rien ?
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La pollution harmonique
ou les émissions de courant harmonique
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Le réseau impose LA TENSION L’utilisateur impose LE COURANT
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Exemple d’appareil de mesure
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CHARGE LINEAIRE R E S A U Courant SINUSOIDAL
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Puissance consommée v(t) = V2 sin (2 50 t)
En sinusoïdal v(t) = V2 sin (2 50 t) i(t) = I 2 sin (2 50 t - ) cos Sans variateur P = V I cos
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EXEMPLE Charge : 920 W / cos = 1 Réseau : 230 V Câbles : 0,1 1,6 W
I = 4 A
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Charge : 920 W / cos = 0,86 Réseau : 230 V Câbles : 0,1 2,1 W cos = 0,86 230 V 0,1 920 W I = 4,65 A
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cos = 1 1,6 W 0 var 920 VA 920 W I = 4 A cos = 0,86 2,1 W 545,5 var 1069,5 VA 920 W I = 4,65 A
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CHARGE NON LINEAIRE ou déformante R E S A U Courant NON SINUSOIDAL
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i (t) = I0 + i1 (t) + i2 (t) + i3 (t) + ...
Puissance consommée i (t) = I0 + i1 (t) + i2 (t) + i3 (t) + ... k = P/S v(t) = V2 sin (2 50 t) p (t) = v(50Hz) x [ i1 (50 Hz) + i2 (100 Hz) + i3 (150Hz)…]
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v (50Hz) x i (50 Hz) V I1cos 1 Le fondamental 50Hz +
En Valeurs moyennes v (50Hz) x i (50 Hz) V I1cos 1 + i2 (100 Hz) 0 i3 (150Hz) 0 …… Donc P = V x I1 cos 1 Les harmoniques f (Hz)
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Seul le fondamental de l’intensité correspond à une consommation
de puissance Avec une tension réseau sinusoïdale P = V I1 cos 1
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UTILISATION DU FLUKE 41 Tension appliquée EDF Courant absorbé tension
Charge déformante (Moteur + variateur)
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Les principaux critères d’évaluation de la pollution harmonique
Relevé harmonique (signaux, tableau, spectre) Taux de distorsion Harmonique Facteur de crête Facteur de puissance
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Distorsion Harmonique :
Rang individuel % I RMS = Fluke % I1 RMS = global THD - R THD - F
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Taux de Distorsion Harmonique Poids relatif des composantes
harmoniques vis à vis : Du fondamental De la valeur efficace
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Apprécier la forme des courants
Facteur de crête Apprécier la forme des courants Fc = 2 Fc > 2 Pour le Fluke : Fc Crest
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Absence d’harmoniques
Charges linéaires Fc = 2 Présence d ’harmoniques Variateurs de vitesse Fc = 2 Équipements informatiques Fc = 2 à 3
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k = Pavtive / S apparente
Facteur de puissance k k = Pavtive / S apparente En sinusoïdal V(t) = V 2 sin t i (t) = I1 2 sin (t - 1) P1 = V I1 cos 1 S1 = V I1 k = cos 1
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i (t) non sinusoïdal EDF V(t) = V 2 sin t
i (t) = I1 2 sin (t - 1) + I2 2 sin (2t - 2) + ….
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Apparition d’une nouvelle puissance traduisant la dégradation
P1 = V I1 cos 1 S = V I = V I12+I22+I32+... V I1 cos 1 (V2 I12) + V2 ( I22+ I …) k = P1 (S12) + ( D2 ) K = Apparition d’une nouvelle puissance traduisant la dégradation de l’onde de courant
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Le facteur de puissance diminue
Puissance déformante D = V I22+I32+... D = S1 . THD cos 1 1 + (THD2) k = 1 : déphasage entre v (t) et i (t) à 50 Hz Le facteur de puissance diminue quand le THD augmente
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CHARGE NON LINEAIRE RESEAU 1 2 4 5 3
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EXEMPLE Non sinusoïdal Charge : 920 W / cos = 0,86
Réseau : 230 V Câbles : 0,1 cos 1 = 0,86 230 V 920 W avec variateur
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Relevé des amplitudes harmoniques
I1 = 4,65 A (50 Hz) I3 = 2,05 A (150 Hz) I5 = 1,52 A (250 Hz) I7 = 0,91A (350 Hz) Résultats : I = I12+I22+I32+... = 5,4 A THD = 58 % P1 = 920 W S = 1237,8 VA D = 623 vad k = 0,74 2,9 W
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Courants harmoniques Intensité en ligne et puissance apparente augmentées Dégradation du facteur de puissance Apparition de tensions harmoniques Échauffement (pertes, vieillissement) Dysfonctionnement Risques de résonance
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SUR UNE INSTALLATION TRIPHASEE DANS LE CONDUCTEUR NEUTRE ?
B C N TERRE Sin t Sin (t -120) Sin (t -240) { V(t) = V 2 LES EFFETS DANS LE CONDUCTEUR NEUTRE ?
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Réseau triphasé de tensions Charges triphasées équilibrées
(système équilibré) Sin t Sin (t -120) Sin (t -240) { V(t) = V 2 Charges triphasées équilibrées mais déformantes Sin nt Sin [ n (t -120) ] Sin [ n (t -240) ] { i (t) = In 2
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C’est le cas d’une charge triphasée équilibrée linéaire
Pour n = 1 50 Hz Sin t Sin (t -120) Sin (t -240) { i 1 (t) = I1 2 -240 Somme nulle -120 Pas de courant 50 Hz dans le neutre C’est le cas d’une charge triphasée équilibrée linéaire
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{ Pour n = 2 Pas de courant 100 Hz dans le neutre 100 Hz Sin 2t
i 2 (t) = I2 2 -240 Somme nulle -480 Pas de courant 100 Hz dans le neutre
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{ Pour n = 3 150 Hz Sin 3t Sin (3t -360) Sin (3t -720)
i 3 (t) = I3 2 Somme non nulle I3 -240 -720 3 I3
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Exemple de structure déformante
Le montage redresseur Synchronisées sur le réseau, les grandeurs instantanées des harmoniques 150Hz s’ajouteront I3 Ph 1 Ph 2 Ph 3 I3 150Hz I3 Amplitude du 150Hz : 3 x I3
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Les harmoniques de courant 150 Hz (et multiple de 3)
i3A(t) + i3B(t) + i3C(t) = 3 I3 sin t Les harmoniques de courant 150 Hz (et multiple de 3) s’ajoutent dans le neutre NEUTRE
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Résumons :
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La norme de famille de produits
Limites pour les émissions de courant harmonique ( I < 16 A / phase ) Soit 3,84 kVA en mono NF EN (=CEI ) La norme de famille de produits définit les limites des harmoniques de courant produits par des appareils et injectés dans le réseau public d’alimentation (BT)
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Triphasé Équilibré Portatif Classe B CLASSIFICATION DES APPAREILS
D’après EN Portatif Classe B CLASSIFICATION DES APPAREILS Classe C Éclairage Forme Spéciale et P 600 W Classe D Moteur Classe A
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Classe A Alimentés en triphasé équilibré Outils sauf portatifs Variateurs de lumière pour lampe à incandescence Appareils audio Appareils électro-domestiques sauf ceux répertoriés en D Appareils que l’on n’a pu classer ni en B, ni en C, ni en D
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Classe B Soudage à l’arc non professionnel Outils portatifs Classe C Appareils d’éclairage
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Pas de limite pour P < 75 W
Classe D Appareils ayant un courant d’entrée à " forme d’onde spéciale " et P 600 W Pas de limite pour P < 75 W Ordinateurs et écrans Récepteurs de TV
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C’est un appareil de classe D
Exemple Ancien ordinateur C’est un appareil de classe D P = 110 W
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Ordinateur récent P = 170 W
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(A) ( mA/W) ( A) ( mA/W) (A) ( mA/W)
Comparaison à la norme NORME (A) ( mA/W) ( A) ( mA/W) (A) ( mA/W)
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Pour un vieil ordinateur,
le respect des normes n’est pas obtenu….
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Analyse harmonique sur un réseau
Degré d’intervention de 1er niveau : Qualifier une installation en terme de niveau de pollution harmonique DIAGNOSTIC
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Degré d’intervention de 2e niveau :
Quantifier le niveau de pollution et localiser les charges polluantes (intervention technicien) THD en courant et comparaison à la norme
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Degré d’intervention de 3e niveau : Préconiser la ou les solutions
à mettre en œuvre (bureau d’étude)
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Pollution harmonique BF et RF RF BF 2 kHz 30 MHz Électronique de
2 kHz Rang 40 EN 50160 EN [2 et 3] 30 MHz Électronique de commutation RF BF EN 550 [11, 14 ou 22]
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Facteurs affectant la CEM d’un appareil
Tension d’alimentation Fréquence Masse Découplage des alimentations Conception des circuits intégrés
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Les perturbations en mode conduit BF et RF
Principalement dues aux harmoniques de courant appelés au réseau par les convertisseurs de puissance à diodes, triacs, thyristors, …. Redresseurs Gradateurs … Remèdes utilisés le plus fréquemment: Filtrage Correction du facteur de puissance
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Les solutions de filtrage
Réduire l’effet des courants harmoniques générés par une charge polluante Empêcher les harmoniques de tension, générés au niveau de la source, d’affecter l’utilisation
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Le filtre résonant (L,C) f résonance = f harmonique à éliminer
50Hz + 150Hz ... FILTRE 150Hz C UTILISATEUR DISTRIBUTEUR L
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50Hz DISTRIBUTEUR UTILISATEUR 150Hz DISTRIBUTEUR UTILISATEUR
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A 50 Hz, le filtre résonant réalise la compensation d’énergie réactive
UTILISATEUR DISTRIBUTEUR L L h3 h5 h7 150Hz Hz Hz A 50 Hz, le filtre résonant réalise la compensation d’énergie réactive
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Le filtre actif ou compensateur actif
On génère des courants harmoniques qui doivent compenser ceux émis par la charge polluante Le réseau voit une charge linéaire
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Mesure du courant absorbé par la charge
50Hz + harm 50Hz harm Générateur de courants harmoniques UTILISATEUR DISTRIBUTEUR Mesure du courant absorbé par la charge
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I réseau = ich - (ich - ifond)
On récupère l’image du courant (shunt) absorbé par la charge ich On isole le fondamental (555 + MF10) On génère (ich - ifond) (ampli diff + géné courant) filtre actif I réseau = ich - (ich - ifond) = ifond
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Correction du facteur de puissance PFC : Power Factor Correction
Alimentation à absorption sinusoïdale PFC : Power Factor Correction But : Absorber sur le réseau le courant le plus sinusoïdal possible avec un minimum de déphasage (secteur / fondamental du courant) Structure d’alimentation à découpage LE HACHEUR PARALLELE
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! Énergie stockée Hacheur Élévateur dans un condensateur
(BOOST) Tension Continue Mesure du courant Asservissement à Commande du hacheur ! Mais attention à la pollution HF !
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PFC : Power Factor Correction
S A U L BOOST C H A R G E DC Shunt DC Image de iL Commande de - + R A1 I réf h Q - + S A2 I réf b BASCULE RS
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I réf h iL I réf b Q (commande de ) Après filtrage de iL
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Les perturbations RF en mode rayonné
De nombreuses sources: Éclairs Moteurs électriques Tubes fluorescents Câbles électriques … Remèdes utilisés le plus fréquemment: Blindage ou atténuation par écran Disposition « étudiée » des différents éléments
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Disposition « étudiée » Ce qu’il ne faut pas faire
Ce qu’il faut faire
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Disposition « étudiée »
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