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Chapitre I : Perturbations et qualité de l’énergie 3 I.1 Introduction : Les p

Chapitre I : Perturbations et qualité de l’énergie 3 I.1 Introduction : Les perturbations de tension causées par des tensions perturbatrices comme déséquilibre de tension et les creux de tension. Les perturbations de tension causées par le passage, dans les réseaux électriques, des courants perturbateurs comme les courants harmoniques, déséquilibre et la circulation de la puissance réactive. La qualité de l’électricité est devenue un sujet stratégique pour les compagnies d’électricité, le personnel d’exploitation, de maintenance ou de gestion de sites tertiaires ou industriels et les constructeurs d’équipements, essentiellement pour les raisons suivantes : La nécessité économique d’accroître la compétitivité pour les entreprises. La réduction des coûts liés à la perte de continuité de service et à la non qualité, le coût des perturbations (coupures, creux de tension, harmonique, surtensions atmosphériques.)est élevé. Ces coûts doivent prendre en compte le manque à produire, les pertes de matières premières, la remise en état de l’outil de production, la non qualité de la production, les retards de livraison. Le dysfonctionnement ou l’arrêt de récepteurs prioritaires tels que les ordinateurs, l’éclairage et systèmes de sécurité peuvent mettre en cause la sécurité des personnes (hôpitaux, balisage des aéroports, locaux recevant du public, immeubles de grande hauteur…). Ceci passe aussi par la détection par anticipation des problèmes par une maintenance préventive, ciblée et optimisée. On constate de plus un transfert de responsabilité de l’industriel utilisateur vers le constructeur d’appareillage pour assurer la maintenance des sites ; le constructeur devient fournisseur du produit électricité. I.2 Objectifs de la mesure de la qualité de l’énergie électrique : Des relations contractuelles peuvent s’établir entre fournisseur d’électricité et utilisateur final, mais aussi entre producteur et transporteur ou entre transporteur et distributeur dans le cadre d’un marcher dérégulé. Une application contractuelle nécessite que les termes soient définis en commun et acceptés par les différentes parties. Il s’agit alors de définir les paramètres de mesure de la qualité et de comparer leurs valeurs à des limites prédéfinies. Malgré le respect des règles de l’art (conception de schéma, choix des protections, du régime de neutre et mise en place des solutions adaptées) dès la phase de conception, des dysfonctionnements peuvent apparaître en cours d’exploitation [1]: Comme tout générateur d’énergie électrique, un réseau de puissance fournit de l’énergie aux appareils utilisateurs par l’intermédiaire des tensions qu’il maintient à leurs bornes. Il apparaît évident que la qualité de cette énergie dépend de celle de la tension au point de livraison. Cette tension subit généralement beaucoup de perturbations de deux origines distinctes [1]: Chapitre I : Perturbations et qualité de l’énergie 4 Les perturbations peuvent être négligées ou sous-estimées. L’installation a évoluée (nouvelles charges et / ou modification). C’est généralement suite à ces problèmes qu’une action de dépannage est engagée. L’objectif est souvent d’obtenir des résultats aussi rapidement que possible, ce qui peut conduire à des conclusions hâtives ou infondées. Des systèmes de mesure portatifs (sur des temps limités) ou des appareils fixes (surveillance permanente) facilitent le diagnostic des installations (détection et archivage des perturbations et déclenchement d’alarmes). Pour réaliser des gains de productivité (économies de fonctionnement et / ou réduction des coûts d’exploitation) il faut avoir un bon fonctionnement des procédés et une bonne gestion de l’énergie, deux facteurs qui dépendent de la qualité de l’énergie électrique. Disposer d’une qualité de l’énergie électrique adaptée aux besoins est un objectif des personnels d’exploitation, de maintenance et de gestion de sites tertiaires ou industriels. Des outils logiciels complémentaires assurant le contrôle commande et la surveillance permanente de l’installation est alors nécessaire. Des clients potentiels peuvent en effet demander des caractéristiques de fiabilité pour la fourniture de l’électricité avant d’installer des nouvelles usines sur les performances en un point particulier du réseau. Elles permettent de déterminer l’environnement électromagnétique auquel une installation future ou un nouvel équipement sera soumis. Des actions d’amélioration du réseau de distribution et/ou de désensibilisation du réseau du client peuvent alors être engagées de façon préventive et de spécifier et vérifier les performances auxquelles le fournisseur d’électricité s’engage de façon contractuelle. Ces informations sur la qualité de l’électricité sont particulièrement stratégiques pour les compagnies d’électricité qui dans le contexte de la libéralisation du marché de l’énergie recherchent la meilleure compétitivité, la satisfaction des besoins et la fidélisation de leurs clients. I.3 Caractéristiques des perturbations électriques : Les perturbations électromagnétiques susceptibles d’entacher le bon fonctionnement des équipements et des procédés industriels sont en général rangées en plusieurs classes [2] : Perturbations à basse fréquence (< 9KHz). Perturbations à haute fréquence (≥ 9KHz). Décharge électrostatiques. t (sec) Hennoniqu« / Fondementel I phase Chapitre I : Perturbations et qualité de l’énergie 5 La mesure de la qualité de l’énergie électrique consiste habituellement à caractériser les perturbations électromagnétiques conduites à basse fréquence (gamme élargie pour les surtensions transitoires et la transmission des signaux sur réseau). Les phénomènes observés sont nombreux : creux de tension et coupures, surtensions temporaires ou transitoires, fluctuations lentes de la tension (flicker), variations de la fréquence, déséquilibre du système triphasé, harmoniques et inter harmoniques. En général, il n’est pas nécessaire de mesurer l’ensemble de ces perturbations. Elles Peuvent être groupées en quatre catégories : La symétrie du système triphasé, caractérisée par l’égalité des modules des trois tensions et/ou de leur déphasage relatif. L’amplitude des trois tensions. La forme d’onde qui doit être la plus proche possible d’une sinusoïde. La fréquence Plusieurs de ces caractéristiques sont souvent modifiées simultanément par une même perturbation. Elles peuvent aussi être classées selon leur caractère aléatoire (foudre, court-circuit, manœuvre…) permanent ou semi permanent. I.4 Perturbation harmonique : C’est une composante sinusoïdale de la variation de la grandeur physique possédant une fréquence multiple de celle de la composante fondamentale. L’amplitude de l’harmonique est généralement de quelque pour cent du fondamental (Fig. I.1) [3]. Figure I.1 : Distorsion provoquée par un seul harmonique (h=3) Chapitre I : Perturbations et qualité de l’énergie 6 I.4.1 Origine des harmoniques : La prolifération des équipements électriques utilisant des convertisseurs statiques a entraîné ces dernières années une augmentation sensible du niveau de pollution harmonique des réseaux électriques. Ces équipements électriques sont considérés comme des charges non linéaires émettant des courants harmoniques dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale, ou parfois à des fréquences quelconques. Le passage de ces courants harmoniques dans les impédances du réseau électrique peut entraîner des tensions harmoniques aux points de raccordement et alors polluer les consommateurs alimentés par le même réseau. I.4.2 Principale source d’harmonique : Les principales sources d’harmoniques sont : 1. Les charges industrielles qui se composent des équipements d’électronique de puissance (variateurs de vitesse, redresseurs à diodes ou à thyristors, onduleurs, alimentations à découpage) et les charges utilisant l’arc électrique (fours à arc, machines à souder, éclairage (lampes à décharge tubes fluorescents)). 2. Les démarrages des moteurs par démarreurs électroniques et les enclenchements des transformateurs de puissances sont aussi générateurs d’harmoniques (temporaires). 3. Les différents secteurs industriels concernés sont aussi bien du type secondaire (utilisation des gradateurs, des redresseurs, des variateurs de vitesse.), que du type tertiaire (informatique ou éclairage dans les bureaux, commerces,…) ou domestique (téléviseurs, appareils électroménagers en grand nombre). I.4.3 Conséquence des harmoniques : Leurs conséquences sont liées à l’augmentation des valeurs crêtes (claquage diélectrique) et efficaces (échauffement supplémentaire) et au spectre en fréquence (vibration et fatigue mécanique) des tensions et des courants. Des nombreux effets des harmoniques sur les installations et les équipements électriques peuvent être cités. Les effets les plus importants sont l’échauffement, l’interférence avec les réseaux de télécommunication, les défauts de fonctionnement de certains équipements électriques et le risque d’excitation de résonance. Leurs effets ont toujours un impact économique du fait du surtout lié à : Une dégradation du rendement énergétique de l’installation (perte d’énergie). t(ms) Figure 1.2: Exemple de variationrapidede tension o Ampliwde de la tension Chapitre I : Perturbations et qualité de l’énergie 7 Un surdimensionnement des équipements. Une perte de productivité (vieillissement accéléré des équipements, déclenchements intempestifs). L’influence sur les transformateurs du réseau (augmentation des pertes à vide à cause de l’effet particulier des courants harmoniques). L’influence sur les câbles de HT (diminuent la durée de vie du câble, dégradation du matériel isolant). Pertes supplémentaires dans les condensateurs, les transformateurs,…. Bruit additionnel des moteurs et d’autres appareils. L’influence sur le fonctionnement des redresseurs. L’influence sur la télécommande dans les réseaux. L’influence sur les condensateurs des réseaux. I.5 Fluctuation de la tension (FLICKER) : La fluctuation lente de la tension est une diminution et variation rapide de la valeur efficace de la tension de moins de 10 % (Fig I.2). La tension est modulée en amplitude par une enveloppe dont la fréquence est comprise entre 0,5 et 25 Hz. Le phénomène est dû à la propagation sur les lignes du réseau d’appels de courants importants à la mise en service ou hors service d’appareil dont la puissance absorbée varie de manière rapide (les fours à arcs, les machines à souder, les moteurs à démarrages fréquents,…). uploads/Industriel/ perturbations-electriques.pdf