Rapport d`expertise suite aux mesures effectuées sur la distribution

SARL au capital de 15 000 Euros - R.C.S Paris B 423 209 667
Siège social et Bureaux: Hôtel industriel Cap 19, 13 rue Georges Auric 75019 Paris
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1
Rapport d’expertise suite aux mesures effectuées
sur la distribution électrique d’un site industriel présentant un phénomène de résonance
lors de la mise en service de batteries de condensateurs
1. Instrumentation mise en œuvre :
Analyseurs harmoniques de réseau : Metrel PHS 50, Metrel 2192
Pinces ampèremétriques : Universal 1000 A AC, LEMFLEX 3000 A
2. Objet de l’étude
L’objet de cette étude est de fournir:
- un bilan de puissance et de qualité de l'énergie au sens de la norme EN50160 en sortie du
transformateur de distribution HT/BT 1250 kVA
- l'analyse harmonique sur le site (compatibilité électromagnétique basse fréquence, norme
EN50160) pour l'ensemble des départs principaux en sortie du transformateur HT/BT 1250
KVA du site
- l'analyse de la distribution ondulée alimentant vos charges informatiques sensibles
- l'analyse de la sélectivité sur le site
3. Mesures effectuées
Mesures aux temps longs fournissant le bilan de puissance et la qualité de l'énergie au sens de la
norme EN50160 en sortie du transformateur de 1250 kVA avec échantillonnage des grandeurs
toutes les 2 minutes sur une durée de 7 jours, et fourniture des valeurs maximales et minimales
entre deux échantillons.
 Valeurs efficaces des tensions simples sur les trois phases
 Valeurs efficaces des courants dans les trois phases
 Puissances actives, réactives et apparentes et totales sur les trois phases
 Taux de distorsion harmonique en tension sur les trois phases
 Taux de distorsion harmonique en courant sur les trois phases
 Facteur de puissance pour les trois phases
 Fréquence
 Contributions des rangs3, 5, 7, 9 et 11 des harmoniques de tension et de courant.
Mesures instantanées, en sortie du transformateur de 1250 kVA, ainsi que sur l’ensemble des
départs principaux en sortie du transformateur.
 niveaux RMS de courants et de tensions pour les trois phases
 niveaux de puissances actives, réactives, déformantes et apparentes pour les trois phases et
totales
 analyses spectrales des formes d'onde définissant les niveaux harmoniques en tension et en
courant pour les 50 premiers rangs harmoniques
 taux de distorsion harmonique en tension et en courant pour les trois phases
 facteurs de déplacement pour les trois phases
 facteur de puissance pour les trois phases
L'ensemble de ces mesures est fourni en annexe du rapport.

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4 Analyse et interprétation des mesures
4.1 Transformateur
Les niveaux de tension sur les trois phases en sortie des transformateurs ne présentent pas, au
cours de l'observation en continu, d'écarts significatifs par rapport à une valeur moyenne comprise
entre 227 V et 234 V.
Les taux de distorsion harmonique en tension se situent pour l'ensemble des relevés effectués, en
valeur moyenne pour les trois phases, compris entre 8% et 10% en sortie du transformateur de
distribution. Le rang le plus contribuant est le rang 11. Ces valeurs sont caractéristiques d'une
tension fortement dégradée en termes d'harmoniques basses fréquences (>8%, cf EN50160).
4.1.1 Sortie transformateur, batteries de condensateurs non connectées
Les mesures mettent en évidence un niveau de charge tout à fait acceptable (502 kVA) au regard
de la puissance nominale du transformateur.
La puissance réactive consommée sur le départ atteint 303 kVA (facteur de déplacement moyen
pour les trois phases de 0,80), ce qui justifie la nécessité de la mise en œuvre de batteries de
condensateurs, afin de relever le facteur de déplacement et d'éviter le paiement de pénalités pour
la période de novembre à avril.
D'autre part, l'ensemble de la charge alimentée sur ce départ est génératrice de courant
harmoniques, notamment sur les rangs 5 (17A par phase en moyenne), et 11 (36 A par phase en
moyenne) au niveau de charge actuel.
4.1.2 Sortie transformateur, batteries de condensateurs connectées
La mise en service des condensateurs permet bien de :
• relever le facteur de déplacement à un niveau satisfaisant (0,93 en moyenne pour les trois
phases) au regard des exigences du distributeur d'énergie (facteur de déplacement
supérieur à 0,92 pour éviter le paiement des pénalités)
• diminuer les niveaux de courants efficaces dans les trois phases du transformateur (603 A,
595 A, 614 A contre 732 A, 722 A, 746 A)
Cependant, les analyses spectrales des courants instantanés mettent en évidence l'amplification
excessive des harmoniques de rang 11 (550 Hz) qui passent de 36 A à respectivement 113 A, 131
A, 108 A pour chacune des phases.
Ce phénomène est aisément explicable par l'apparition, lors de la mise en service des
condensateurs, d'un phénomène de résonance entre les condensateurs et les inductances de sortie
des secondaires de transformateur cumulées aux inductances de lignes jusqu'au point de
raccordement des batteries de condensateurs (voir figure 1 ci-dessous: schéma monophasé
équivalent).

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Maille de résonance du rang 11
Inductance de ligne
Inductance de source
Résistance de source
230V, 50 Hz
Charge
I 11
Figure 1 : schéma monophasé équivalent mettant en évidence la maille de résonance sur le rang
11 (550 Hz)
D’après les relevés effectués sur site, une estimation des paramètres mis en jeu dans l’interaction
condensateurs + inductances a permis de justifier l’apparition d’une résonance en tension sur le
rang 11 (voir figure 2 ci-dessous).
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.447
2.176 10
3−
×
Ztot ω( )
10000.016 ω
2π
Figure 2 : Simulation mettant en évidence le phénomène de résonance sur le rang 11 (550 Hz)
par phase
Les résultats obtenus pour chaque phase présentent un maximum au voisinage de 500 Hz
fréquence voisine du rang 11 du 50 Hz sur lequel la résonance apparaît.
Par ailleurs, en fonctionnement normal, nous attirons votre attention sur le fait que les courants
harmoniques circulant dans le transformateur appellent au déclassement de celui-ci.
Dans le cas où les batteries de condensateurs ne sont pas mises en service, les niveaux de courants
harmoniques restent bas et le déclassement n'est pas significatif.
Par contre, lors de la mise en service des condensateurs, le phénomène de résonance observé, et
qui engendre la circulation de courants harmoniques élevés dans la source, conduit à un
déclassement du transformateur comme indiqué ci-dessous :
• Déclassement d'après la formule empirique fournie par le CENELEC (HD428.4 S1) :
Puissance apparente réelle appelée : 427 kVA pour une puissance apparente déclassée à
528 kVA avec prise en compte des harmoniques.
En conséquence la marge de sécurité pour le transformateur installé (1250 kVA) est largement
suffisante en fonctionnement normal dans le niveau de charge actuel.
En l’absence de solution curative à ce problème, il est à noter qu’une augmentation du
niveau de charge engendrerait une importante augmentation du phénomène de résonance
sur l’harmonique de rang 11 qui impliquerait une importante dégradation de la tension
d’alimentation du site.

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4.2 Les différents départs
Les mesures concernant les différents départs ont été réalisées dans le TGBT principal.
4.2.1 Le départ TGBT1
Tension (V) Courant (A) Puissance apparente
(kVA)
Puissance
active (kW)
Puissance
réactive
(kVAr)
Puissance
déformante
(kVAd)
Facteur de
puissance cosf Thd Tension Thd Courant
Phase 1 232,17 71,68 16,64 12,99 9,45 4,35 0,78 0,81 5,95 26,28
Phase 2 231,99 70,72 16,41 12,98 8,67 5,04 0,79 0,84 6,23 30,55
Phase 3 232,39 71,39 16,59 12,37 9,82 5,07 0,75 0,79 5,64 30,34
Neutre 10,33
Total 49,64 38,34 27,95 14,45
L’équilibrage des tensions est bon. Le taux de distorsion harmonique en tension est en moyenne
de 6%, ce qui témoigne d’une tension qui est relativement de mauvaise qualité du fait de la
résonance sur l’harmonique de rang 11 comme nous l’avons expliqué dans le paragraphe
précédent.
Le taux de distorsion harmonique en courant avoisine les 30 % et est principalement dû au
problème de résonance sur l’harmonique de rang 11.
Le courant maximal relevé sur ce départ est de 71 A sur les phases 1 et 3. Le disjoncteur de tête de
ce départ possède un calibre de 1000A réglé à 800A, en adéquation avec le besoin.
4.2.2 Le départ TGBT2
Tension (V) Courant (A) Puissance apparente
(kVA)
Puissance
active (kW)
Puissance
réactive
(kVAr)
Puissance
déformante
(kVAd)
Facteur de
puissance cosf Thd Tension Thd Courant
Phase 1 229,24 310,31 71,14 56,14 43,30 5,80 0,79 0,79 5,89 8,22
Phase 2 229,09 319,51 73,20 60,99 39,94 6,57 0,83 0,84 6,01 8,34
Phase 3 229,50 324,99 74,59 59,11 45,08 6,10 0,79 0,80 6,29 8,48
Neutre 15,48
Total 218,92 176,24 128,31 18,47
L’équilibrage des tensions est bon. Le taux de distorsion harmonique en tension est en moyenne
de 6%, ce qui témoigne d’une tension qui est relativement de mauvaise qualité du fait de la
résonance sur l’harmonique de rang 11.
Le taux de distorsion harmonique en courant, qui avoisine les 8,5 %, est relativement bas.
Le courant maximal relevé sur ce départ est de 325 A sur la phase 3. Le disjoncteur de tête de ce
départ, qui possède un calibre de 1000A réglé à 800A, est adéquation avec le besoin.
4.2.3 Le départ TGBT3
Tension (V) Courant (A) Puissance apparente
(kVA)
Puissance
active (kW)
Puissance
réactive
(kVAr)
Puissance
déformante
(kVAd)
Facteur de
puissance cosf Thd Tension Thd Courant
Phase 1 232,64 177,20 41,22 34,34 22,24 5,03 0,83 0,84 6,04 12,52
Phase 2 232,53 172,68 40,15 33,39 21,67 5,28 0,83 0,84 6,32 13,21
Phase 3 232,91 170,94 39,81 33,31 21,15 5,31 0,84 0,85 5,70 13,02
Neutre 10,99
Total 121,19 101,04 65,06 15,63
L’équilibrage des tensions est bon. Le taux de distorsion harmonique en tension est en moyenne
de 6%, ce qui témoigne d’une tension qui est relativement de mauvaise qualité du fait de la
résonance sur l’harmonique de rang 11.
Le taux de distorsion harmonique en courant, qui est aux alentours de 13 %, est relativement bas.
Le courant maximal relevé sur ce départ est de 177,2A sur la phase 1. Le disjoncteur de tête de ce
départ, qui possède un calibre de 1000A réglé à 700A, est adéquation avec le besoin.

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4.2.4 Le départ TGBT4
Tension (V) Courant (A) Puissance apparente
(kVA)
Puissance
active (kW)
Puissance
réactive
(kVAr)
Puissance
déformante
(kVAd)
Facteur de
puissance cosf Thd Tension Thd Courant
Phase 1 228,62 180,39 41,24 30,93 27,03 3,69 0,75 0,75 5,79 7,23
Phase 2 228,43 171,19 39,11 31,21 23,25 3,82 0,80 0,80 5,93 8,07
Phase 3 229,01 177,00 40,53 30,99 25,83 3,88 0,76 0,77 6,17 8,33
Neutre 19,19
Total 120,88 93,14 76,11 11,39
L’équilibrage des tensions est bon. Le taux de distorsion harmonique en tension est en moyenne
de 6%, ce qui témoigne d’une tension qui est relativement de mauvaise qualité du fait de la
résonance sur l’harmonique de rang 11.
Le taux de distorsion harmonique en courant, qui est aux alentours de 8 %, est relativement bas.
Le courant maximal relevé sur ce départ est de 180,4A sur la phase 1. Le disjoncteur de tête de ce
départ, qui possède un calibre de 1000A réglé à 1000A, est adéquation avec le besoin.
4.3 Les départs ondulés
4.3.1 Le départ Réseau 1 Onduleur 1
Tension (V) Courant (A) Puissance apparente
(kVA)
Puissance
active (kW)
Puissance
réactive
(kVAr)
Puissance
déformante
(kVAd)
Facteur de
puissance cosf Thd Tension Thd Courant
Phase 1 231,93 64,78 15,02 10,50 9,60 4,83 0,70 0,75 8,67 29,86
Phase 2 230,82 67,59 15,60 11,88 8,97 4,69 0,76 0,81 8,93 26,15
Phase 3 231,73 71,28 16,52 11,81 10,56 4,67 0,72 0,75 6,58 26,25
Neutre 4,70
Total 47,14 34,19 29,13 14,18
L’équilibrage des tensions est bon. Le taux de distorsion harmonique en tension est en moyenne
de 8%, ce qui témoigne d’une tension qui est relativement de mauvaise qualité du fait de la
résonance sur l’harmonique de rang 11.
Le taux de distorsion harmonique en courant, qui est aux alentours de 27 %, est correct et est
principalement dû au problème de résonance sur l’harmonique de rang 11.
Le courant maximal relevé sur ce départ est de 71,3A sur la phase 3. Le disjoncteur de tête de ce
départ, qui possède un calibre de 630A réglé à 630A, est adéquation avec le besoin.
De plus, le niveau de charge mesuré est bas (47kVA) devant la puissance nominale de l’onduleur
qui est de 300kVA.
4.3.2 Le départ Réseau 1 Onduleur 2
Tension (V) Courant (A) Puissance apparente
(kVA)
Puissance
active (kW)
Puissance
réactive
(kVAr)
Puissance
déformante
(kVAd)
Facteur de
puissance cosf Thd Tension Thd Courant
Phase 1 232,53 172,06 40,01 32,06 23,34 5,32 0,80 0,81 8,70 12,64
Phase 2 230,69 182,54 42,11 34,25 23,85 5,62 0,81 0,82 9,14 12,22
Phase 3 231,37 182,25 42,17 33,04 25,75 4,82 0,78 0,79 6,70 11,37
Neutre 5,99
Total 124,29 99,35 72,94 15,75
L’équilibrage des tensions est bon. Le taux de distorsion harmonique en tension est en moyenne
de 8%, ce qui témoigne d’une tension qui est relativement de mauvaise qualité du fait de la
résonance sur l’harmonique de rang 11.
Le taux de distorsion harmonique en courant, qui est aux alentours de 12 %, est relativement bas.
Le courant maximal relevé sur ce départ est de 182A sur les phases 2 et 3. Le disjoncteur de tête
de ce départ, qui possède un calibre de 630A réglé à 630A, est adéquation avec le besoin.