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Page 1 sur 6 Qualité de l’Energie Electrique et Enseignement de l’Electrotechni

Page 1 sur 6 Qualité de l’Energie Electrique et Enseignement de l’Electrotechnique La sensibilisation à la qualité de l’énergie électrique est devenue incontournable dans l’enseignement de l’électrotechnique d’aujourd’hui. Nous exposons dans ce livret technique la position du problème de la qualité de l’énergie électrique. Au préalable nous rappelons brièvement le contexte actuel et nous précisons les critères d’évaluation de la qualité de l’énergie électrique. Contexte Depuis de nombreuses années, le distributeur d’énergie électrique s’efforce de garantir la qualité de la fourniture d’électricité. Les premiers efforts se sont portés sur la continuité de service afin de rendre toujours disponible l’accès à l’énergie chez l’utilisateur. Aujourd’hui, les critères de qualité ont évolué avec le développement des équipements où l’électronique prend une place prépondérante dans les systèmes de commande et de contrôle. Ces dispositifs sensibles, mais qui dégradent également la qualité de la tension, existent dans toutes les catégories d’utilisateurs : § dans le domaine industriel par l’emploi de constituants d’électronique de puissance ; § dans le domaine tertiaire avec le développement de l’informatique ; § dans le domaine domestique par l’utilisation en grand nombre des téléviseurs, magnétoscopes, lampes à économie d’énergie, … L’ouverture du marché de l’énergie électrique, la nécessité de garantir les productions pour les entreprises, font de la qualité de l’énergie électrique un enjeu majeur pour les compagnies d’électricité et pour les fabricants d’équipements. La notion de qualité du produit « électricité » est attachée au niveau de satisfaction de l’utilisateur. Les performances de ses équipements sont directement liées à la qualité de la tension d’alimentation. Par exemple, une variation de 10 % de l’amplitude de la tension se traduira par une perte de couple de 19 % pour une machine asynchrone. Les équipements d’un utilisateur peuvent apporter des perturbations sur le réseau susceptibles de gêner les autres utilisateurs. Le distributeur (système d’alimentation) et l’utilisateur (installations) sont l’un et l’autre concernés par la qualité de l’électricité. Page 2 sur 6 Qualité de l’énergie électrique : critères et définitions Les critères de qualité de l’électricité sont directement issus de l’observation des perturbations électromagnétiques des réseaux électriques. On parle de Compatibilité Electromagnétique (C. E. M.) afin de caractériser l’aptitude d’un appareil, d’un dispositif, à fonctionner normalement dans un environnement électromagnétique sans produire lui- même des perturbations nuisibles aux autres appareils ou dispositifs. La CEM classe ces perturbations selon deux groupes : § basses fréquences (< 9 kHz) ; § hautes fréquences (> 9 kHz). D’autre part, ces phénomènes sont caractérisés selon leur mode de transmission : on parlera de perturbations conduites et de perturbations rayonnées. De manière générale, les perturbations en électrotechnique appartiennent à la basse fréquence dont la transmission est conduite. Les phénomènes observés sont nombreux : creux de tension et coupures, surtentions temporaires ou transitoires, fluctuations lentes de la tension (flicker), variations de la fréquence, déséquilibres du système triphasé, harmoniques et interharmoniques, tensions continues dans les réseaux alternatifs, … Ils peuvent être regroupés en quatre catégories selon qu’ils affectent : § l’amplitude, § la forme d’onde, § la fréquence, § la symétrie du système triphasé. Creux de tension et coupures – définition Un creux de tension est une chute brutale de l’amplitude de la tension. Il est caractérisé par § sa profondeur (∆ ∆U) § sa durée (∆ ∆t). La norme EN50160 fixe la diminution de la tension à une valeur située entre 1 et 90 % de la tension nominale pendant une durée de ½ pé riode à 50 Hz soit 10 ms jusqu’à une minute. La mesure d’un creux de tension s’effectue par la détermination de la valeur efficace de la tension toutes les ½ périodes (avec recouvrement d’une ½ période). Creux de Tension Une coupure brève est un cas particulier du creux de tension. Sa profondeur est supérieure à 90 % et elle est caractérisée uniquement par sa durée (inférieure à 3 minutes). Les coupures longues sont supérieures à 3 minutes. ∆t ∆U Page 3 sur 6 Les creux de tension sont dus à l’apparition de défauts sur l’installation ou sur le réseau de distribution. Les coupures brèves sont généralement la cause de manœuvres des automatismes des réseaux de distribution (réenclencheurs, isolations de défaut). On observe un plus grand nombre de creux de tension et de coupures sur les réseaux aériens que sur les réseaux souterrains du fait des intempéries (excepté, bien entendu, s’ils sont raccordés sur le même départ). Surtensions temporaires ou transitoires – définition La norme EN50160 fixe les niveaux de surtensions selon le schéma de liaison à la terre de l’installation : § réseaux à neutre à la terre (raccordé directement ou avec une impédance) : la surtension ne devra pas dépasser 1,7 Un ; § réseaux à neutre isolé ou résonant : la surtension ne devra pas dépasser 2 Un. Les surtensions sont de trois natures : surtensions à la fréquence industrielle (50 Hz) ; surtensions de manœuvre ; surtensions atmosphériques. Elles apparaissent selon deux modes : mode commun (entre conducteurs actifs et la masse ou la terre) ; mode différentiel (entre conducteurs actifs, phase – phase ou phase – neutre). Les surtensions à la fréquence industrielle prennent naissance suite à un défaut d’isolement entre phase et terre, lors d’une surcompensation de l’énergie réactive ou encore lors d’une ferrorésonance provoquée par un circuit inductif et un condensateur. Les surtensions de manœuvre découlent d’une modification de la structure du réseau : mise en service de gradins de condensateur, d’une ligne à vide. Les surtensions atmosphériques sont provoquées par la foudre soit directement, soit indirectement par augmentation du potentiel de la terre. Page 4 sur 6 Fluctuation lente de la tension (Flicker) – définition La fluctuation lente de la tension est une diminution de la valeur efficace de la tension de moins de 10 %. 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, …) Les conséquences de la fluctuation lente de la tension s’observent essentiellement sur des lampes à Fluctuations lente de la tension incandescence où elle provoque un papillotement du flux lumineux (Flicker). Cette gêne visuelle est perceptible pour une variation de 1 % de la tension. Déséquilibre du système triphasé de tensions - définition Le déséquilibre du système triphasé s’observe lorsque les trois tensions ne sont pas égales en amplitude et/ou déphasées de 120° les unes par rapport aux autres. La quantification du phénomène fait appel à la décomposition de la composante fondamentale selon les composantes symétriques de Fortescue. On définit un degré de déséquilibre inverse et un degré de déséquilibre homopolaire : § le degré de déséquilibre inverse est le rapport entre la composante inverse du fondamental de la tension et sa composante directe : d 1 U i 1 U Ui= ∆ § le degré de déséquilibre homopolaire est le rapport entre la composante homopolaire du fondamental de la tension et sa composante directe : d 1 U o 1 U Uo= ∆ Déséquilibre du système triphasé de tensions La norme EN50160 fixe le taux de déséquilibre inverse admissible à 2 % sur les valeurs efficaces calculées sur Page 5 sur 6 10 minutes pour 95 % du temps d’une semaine. Le déséquilibre du système triphasé de tension est essentiellement dû aux charges monophasés ou déséquilibrées raccordées sur le réseau. Les conséquences sont l’augmentation de l’échauffement des machines asynchrones, l’existence de couple inverse et conduisent à dégradation prématurée des machines. Harmoniques et interharmoniques – définition Les harmoniques sont des signaux de fréquence multiple de la fréquence industrielle. Ils sont générés par des charges dites non-linéaires. Certains appareils ne présentent pas une impédance constante durant la durée de l’alternance de la sinusoïde de tension à 50 Hz. Ils abs orbent alors un courant non sinusoïdal qui se propage dans le réseau et déforme ainsi l’allure de la tension. Une tension ou un courant déformé par rapport à la sinusoïde de référence peut être décomposé en une somme de signaux sinusoïdaux de fréquence multiples à celle du fondamental (50 Hz pour le réseau de distribution). Chaque composante est caractérisée par son rang (par exemple rang 5 pour une composante à la fréquence de 250 Hz, soit 5 x 50 Hz) et par son amplitude exprimée en pourcentage par rapport à celle du fondamental. On caractérise la pollution d’un réseau de manière globale par le taux de distorsion harmonique en tension ou en courant : 1 U * 100 THDu 2 n 2 Un ∑ ∞ = = C’est le rapport, exprimé en pourcent, entre la valeur efficace des composantes harmoniques et l’amplitude du fondamental. La borne supérieure est fixée par la norme EN50160 au 40e rang, c’est-à - dire à 3 kHz pour la fréquence industrielle. Représentation temporelle d'une onde déformée onde à la fréquence 50Hz onde à la fréquence 150Hz onde déformée Les interharmoniques sont uploads/Industriel/ qualite-de-l-x27-energie-electrique-pdf.pdf