puissances énergies perturbations

PUISSANCES
ÉNERGIES
PERTURBATIONS
Créé par
Marie-Aude MASSIN
Chef de Produits
Alain KOHLER
Chef de Marché
Présentation
S.WOLFF ET L. PITOIZET
Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/0305 - 1
 LES CHARGES LINEAIRES
HIER
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.
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 LES CHARGES DEFORMANTES
AUJOURD’HUI
 Les récepteurs présents
déforment les signaux
électriques du courant
et de la tension.
 Les signaux analysés
s’éloignent de l’allure
sinusoïdale de départ.
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 LE SPECTRE HARMONIQUE
f Harmo.
rang 
f Fond.
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.
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 LE SPECTRE HARMONIQUE (suite)
Types de charge
Récepteur résistif
Appareils concernés
Courant absorbé
- Fours industriels à
résistances régulées par
commande à trains
d’ondes
- Lampe à incandescence,
convecteurs, chauffe-eau.
- Tubes fluorescents,
Eclairage
Redresseur monophasé
à diodes avec filtrage
Alimentation à
découpage
- Lampes à vapeur HP.
- Micro-informatique,
- Télévisions,
- Lampes à ballast
électronique.
Récepteurs consomment
de l'énergie réactive
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Spectre harmonique
correspondant
Types de charge
Redresseur triphasé à
diodes avec filtrage
Appareils concernés
Courant absorbé
- Variation de vitesse des
moteurs asynchrones.
- Régulation de puissance
Gradateur monophasé
(commande par angle de de fours à résistances,
phase)
- Modulation de puissance
des lampes halogènes.
Redresseur triphasé à
thyristors
- Variation de vitesse des
moteurs à courant
continu et des moteurs
synchrones,
- Electrolyseurs.
Moteur asynchrone
- Machines outils,
- Appareils
électroménagers,
- Ascenseurs.
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Spectre harmonique
correspondant
 LA PROBLÉMATIQUE
Présence de charges
déformantes
Courant
déformé
=
Impédance interne
des générateurs
x
Tensions
harmoniques
=
Courant déformé
Tensions
= harmoniques
Tension non sinusoïdale
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.
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 EFFETS DES HARMONIQUES
Pertes par effet Joule
Effets immédiats
 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
Effets à moyen et long terme
 Réduction de la durée de vie des moteurs
 Réduction de la durée de vie des transformateurs
 Vieillissement accéléré des isolants et des diélectriques
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 COS
φ ET FACTEUR DE PUISSANCE
Puissance active :
P = U x I x cos φ
Puissance apparente :
S  P ²  Q² = U x I
Le cosinus φ est le déphasage entre la fondamentale "Tension" et
la fondamentale "Courant" dans le cas de signaux non déformés.
P
Fp
= cos φ
S
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COS
φ ET FACTEUR DE PUISSANCE (suite)
 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.
 Le cosinus φ n’est plus applicable, on parle
alors de : FACTEUR DE PUISSANCE
P
Fp
S
 On intègre dans cette formule la puissance dite
DÉFORMANTE qui traduit les effets de la distorsion
harmonique.
Fp
P

S
P
P²  Q²  D²
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 VOUS AVEZ DIT ENERGIE REACTIVE !
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 INTÉRÊT DU RELEVEMENT DU
FACTEUR DE PUISSANCE
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
 Une réduction de la chute de tension de ligne
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 QUE FAIRE ?
 Réduire le taux d’harmoniques
 Compenser l'installation grâce à l'adjonction de
batteries de condensateurs
Formule : Qc = P ( tan - tan ')
Pactiv
'

e
S
Q'
Q
S'
Qc
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 PRINCIPAUX PHENOMENES
Les phénomènes de résonance
 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)
Ils génèrent des amplitudes élevées sur certains
rangs harmoniques (rangs 5 et 7 par exemple).
Les risques : Destruction des condensateurs de
compensation d’énergie réactive
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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.
Exemple :
Is
Iz
A
A'
Ic
G
C
Z
Source
charge non
linéaire
B
B'
 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.
Compensation de
l'énergie réactive
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Les facteurs de crêtes élevés
 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 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.
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Les effets dans le conducteur du Neutre
 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
Remarque : De nombreux incendies de bâtiments industriels sont dus à l'échauffement
excessif du conducteur du Neutre.
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QUELS PARAMETRES
ALLONS NOUS MESURER
POUR QUANTIFIER
ET QUALIFIER
CES HARMONIQUES ?
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 FORMULES
Valeur RMS
 Les appareils numériques dit R.M.S
réalisent la mesure efficace d’un signal
ALTERNATIF quelque soit sa forme,
sinusoïdal ou déformé
Courant mesuré
Appareil RMS
Même mesure :
I = 16 A
Appareil NON RMS
Mesure :
I = 12 A
I R.M .S .  I ² fondamentalIh3 Ih5 Ih7 ...
2
2
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2
 Facteur de Crête
 Dans le cas d’une charge linéaire
FC 
 Charge linéaire : 2 soit 1,414
 Matériel informatique : 2 à 3
 Variateur de vitesse : environ 2
I Max
I efficace
 2 1,414
 Absence d'harmonique
 Présence d'harmoniques
 Présence d'harmoniques
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 Le taux distorsion harmonique global
THD 
A2  A3  A4 ...
2
2
2
%
A ou V
A12
 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
DF 
A0  A2  A3 ...
2
2
2
%
A ou V
Aeff 2
 Rapport de la valeur efficace de l’ensemble des courants harmoniques
du signal sur la valeur efficace du signal
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 Le taux distorsion harmonique rang par rang
 Détermination de la valeur efficace du
rang d’harmonique considéré ainsi
que de son pourcentage par rapport à
la fondamentale
An
n 
A1
Exemple pour l’harmonique 3 :
A3 9
n 

 75%
A1 12
100 %
1
3
5
7
9
n
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MISE EN SITUATION
DE QUELQUES APPAREILS
DE MESURAGE
EN MILIEU
INDUSTRIEL
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LA MESURE
INDUSTRIELLE
MN 93 : 3 x Pinces
jusqu'à 240 A
L3
Fournisseur
d'énergie
L2
L1
N
F27 : Pince de
puissances (T3FE)
et harmoniques
PE
C.A 6525
C 37
MX 2040 : Pince de puissances
Pince courant de fuite
Terre du Neutre
PE
Triphasé équilibré
Isolement
entre conducteurs actifs
(installation hors tension
et récepteurs débranchés)
F05 : Pince Multimètre
et de puissance / Facteur
de puissance
+
QualiStar - C.A 8334-MN
Mesure de la qualité du réseau
"harmoniques, puissance T4FNE,
énergies, transitoires, FFT,
Fresnel, variations de tension,..."
-
Le QualiStar
et ses accessoires
- Pince MN 93 - 240 A
- Pince C 193 - 1000 A
- Pince PAC 93 - 1400 A
- Ampflex A 193 - 3000 A
Moteur
(installation hors tension)
Qualistar - Exemples d'écrans
C.A 6541 / 43 / 45 / 47
Terre des Masses (d'utilisation)
Pince de terre C.A 6415
pour mesurer chaque mise à la terre
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MERCI
DE VOTRE
ATTENTION
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