Moyens mis en œuvre pour améliorer la qualité de l`énergie

1
H-1-2-3 QUALITÉ DE L’ÉNERGIE
H-1-2-3 QUALITÉ DE L’ÉNERGIE ............................................................................... 1
I) Rappels utiles pour comprendre les phénomènes qualifiant qualité de l’énergie ................... 4
I.1) Le déphasage du fondamental du courant par rapport à la tension ou cos  ........................................................... 6
I.2) Taux de distorsion harmonique.......................................................................................................................................... 6
I.3) Taux Individuel de l’Harmonique de rang h..................................................................................................................... 6
I.4) Taux de distorsion harmonique THD ou TDH ................................................................................................................. 6
I.5) Taux Global de Distorsion harmonique ou facteur de distorsion total DF ............................................................. 7
I.6) Puissances en régime périodique: ...................................................................................................................................... 7
I.7) Puissances active: ................................................................................................................................................................. 7
I.8) Puissance apparente ............................................................................................................................................................. 7
I.9) Facteur de puissance ........................................................................................................................................................... 7
I.10) Puissance réactive .............................................................................................................................................................. 7
I.11) Puissance déformante......................................................................................................................................................... 7
I.12) Modélisation d’un câble, comportement fréquentiel ................................................................................................... 8
I.13) Effet de peau (ou effet pelliculaire) .............................................................................................................................. 8
I.14) Les décibels .......................................................................................................................................................................... 9
II) La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) ......................................................... 4
II.1) Introduction sur la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM) ................................................................................... 4
II.2) Gammes de fréquences des perturbations rencontrées: .......................................................................................... 5
II.3) Niveaux de compatibilité .................................................................................................................................................. 6
III) Mécanismes de transmission (ou couplage) des perturbations .................................. 10
III.1) Définition des perturbations en mode différentiel ou commun ........................................................................... 10
III.1.1) Mode différentiel (10 % des cas) ......................................................................................................................... 10
III.1.2) Mode commun (90 % des cas) ............................................................................................................................... 10
IV) Perturbations conduites transmises (ou couplées) par liaison directe ou impédance commune 11
IV.1) Nature des perturbations conduites ............................................................................................................................. 11
IV.2) Les couplages conduits par liaison directe .................................................................................................................. 11
IV.3) Les couplages conduits par impédance commune ....................................................................................................... 11
IV.4) Couplage conduit capacitif ou diaphonie capacitive .................................................................................................. 12
IV.5) Couplage conduit inductif ou diaphonie inductive ..................................................................................................... 13
V) Perturbations rayonnées transmises par (ou couplées) par liaison directe ou impédance commune
Transmission (ou couplage) par rayonnement (ou champ) ............................................ 13
V.1) Mécanisme des Perturbations rayonnées ...................................................................................................................... 13
V.2) Couplage rayonné capacitif (champ lointain) ................................................................................................................ 15
V.3) Couplage rayonné inductif ................................................................................................................................................ 15
V.4) Effet d’antenne .................................................................................................................................................................. 13
V.5) Evolution du champ autour d’une structure rayonnante ............................................................................................ 13
V.6) Champ créé par une ligne haute tension ........................................................................................................................ 15
VI) Nature des sources de perturbations ............................................................ 17
VI.1) Natures des perturbations (harmoniques) .................................................................................................................. 17
VI.2) Origines des perturbations ............................................................................................................................................ 17
VI.2.1) Les signaux transmis sur le réseau ....................................................................................................................... 19
VI.2.2) Inductances à noyaux de fer ................................................................................................................................. 19
VI.2.3) Four à arc .................................................................................................................................................................. 20
VI.2.4) Systèmes électroniques ......................................................................................................................................... 20
VI.2.5) Les transitoires ........................................................................................................................................................ 22
VI.2.6) Les surtensions et chocs de foudre .................................................................................................................... 22
VI.2.7) Surtension sur les structures aériennes et les lignes électriques et téléphoniques ............................... 23

2
VI.2.8) Perturbations produites par induction ................................................................................................................ 23
VI.2.9) Les décharges électrostatiques ........................................................................................................................... 23
VII) Conséquences des perturbations ..................................... Error! Bookmark not defined.
VII.1) Les fluctuations et coupures de tension ................................................................................................................... 17
VII.1.1) Description ................................................................................................................................................................ 17
VII.1.2) Rôle de l’impédance de source .............................................................................................................................. 17
VII.1.3) Impédance de sources usuelles ............................................................................................................................ 17
VII.1.4) Influence de l’impédance de source .................................................................................................................... 18
VII.2) Les déséquilibres de phase .......................................................................................................................................... 18
VII.3) Les variations de fréquence ........................................................................................................................................ 19
VII.4) Elévation du potentiel du sol lié à un choc de foudre ............................................................................................ 19
Effets des perturbations ......................................................................................... 25
I) Perturbation d’un signal par impédance commune ................................................. 25
II) Perturbation d’un signal par couplage inductif ................................................... 25
III) Les effets instantanés des harmoniques ........................................................ 25
III.1.1) Défauts de fonctionnement .................................................................................................................................. 25
III.1.2) Vibrations, bruits ................................................................................................................................................... 26
III.2) Les effets à termes des harmoniques ...................................................................................................................... 26
III.2.1) Echauffement des câbles et des équipements ................................................................................................ 26
III.2.2) Echauffement dû aux pertes supplémentaires des machines et des transformateurs ......................... 26
III.2.3) Echauffement, vieillissement des condensateurs .......................................................................................... 26
Moyens mis en œuvre pour améliorer la qualité de l’énergie .................................................. 28
I) Solutions pour relèvement du facteur de puissance : ............................................. 28
II) Filtrage ............................................................................................. 28
II.1) Inductances de lissage ................................................................................................................................................... 28
II.2) Filtre passifs .................................................................................................................................................................... 29
II.3) Filtres actifs .................................................................................................................................................................... 30
II.4) Filtre double pont ............................................................................................................................................................ 32
II.5) Filtrage HF ou filtres RFI en modes différentiel commun et mixte ................................................................... 32
III) Inductance anti harmonique de protection des condensateurs de redressement de fp ....... 35
IV) Confinement des harmoniques ..................................................................... 36
IV.1) Transformateur YZn ....................................................................................................................................................... 37
IV.2) Transformateur Dyn ...................................................................................................................................................... 37
IV.3) Réactance zig zag: .......................................................................................................................................................... 38
V) Transformateurs d’isolement : réduit les perturbation HF de mode commun ................... 48
VI) Prélèvement sinusoïdal ............................................................................. 32
VII) Mise en œuvre des techniques : préconisations de câblage ................................... 38
VII.1) Valise magique ................................................................................................................................................................ 38
VII.2) Equipotentialité des masses (SLT, continuité masse, maillage) ......................................................................... 38
VII.2.1) Continuité des masses ........................................................................................................................................... 38
a) Définitions ...................................................................................................................................................................... 38
b) Phénomènes mis en jeu ................................................................................................................................................ 38
c) Mise en œuvre ................................................................................................................................................................ 39
VII.3) Choix du Schéma de Liaison à la Terre .................................................................................................................... 39
VII.4) Câblage (type de câble, séparation, diminutions boucles) .................................................................................... 40
VII.4.1) Groupe et types de câbles préconisés ............................................................................................................... 40
VII.5) Réduction du couplage inductif .................................................................................................................................. 40

3
VII.6) Cheminement des câbles ............................................................................................................................................. 42
VII.7) Implantation des constituants ................................................................................................................................... 44
VII.8) Connectique .................................................................................................................................................................... 45
VII.8.1) Connexion des chemins de câbles ....................................................................................................................... 45
VII.8.2) Connexion blindages .............................................................................................................................................. 45
VII.8.3) Connexion des filtres ............................................................................................................................................ 47
VIII) Blindages ......................................................................................... 48
VIII.1) Réduction du couplage capacitif............................................................................................................................... 48
VIII.2) Blindage magnétique ................................................................................................................................................... 48
VIII.3) Blindage amagnétique ................................................................................................................................................. 49
IX) Suppression surtension transitoires .............................................................. 49
IX.1) Les parasurtenseurs ....................................................................................................................................................... 49
IX.2) Les éclateurs ................................................................................................................................................................... 50
IX.3) Les tubes à décharge de gaz ........................................................................................................................................ 50
IX.4) Les varistances et composants apparentés ............................................................................................................... 51
IX.5) Les diodes de protection................................................................................................................................................ 51
Les méthodes d’investigations .................................................................................... 52
I) Méthodes de mesure ................................................................................ 52
I.1) Mesures des perturbations conduites ........................................................................................................................... 52
I.2) Mesures des perturbations rayonnées ; Antennes [1-4, 1-5, 1-6, 1-7] .................................................................. 52
II) L'analyseur de spectre ou de réseau ............................................................. 53
LES NORMES ..................................................................................................... 53
I) Réglementation: ..................................................................................... 53
I.1) En HF..................................................................................................................................................................................... 53
I.2) En BF : Norme concernant la consommation des appareils : CEI 61000 ............................................................... 53
I.3) Qualité de l'électricité pour EDF .................................................................................................................................. 55
I.3.1) Energie réactive .......................................................................................................................................................... 55
I.3.2) Harmoniques ................................................................................................................................................................ 55
I.3.3) Contrat Emeraude : .................................................................................................................................................... 56
Liens ................................................................................... Error! Bookmark not defined.

4
I) La Compatibilité ElectroMagnétique (CEM)
I.1) Introduction sur la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM)
Selon le décret français concernant la CEM, il s'agit de la capacité d'un dispositif, équipement ou système, à
fonctionner de manière satisfaisante dans son environnement électromagnétique, sans introduire lui même de
perturbations électromagnétiques de nature à créer des troubles susceptibles de nuire au bon fonctionnement
des appareils ou des systèmes situés dans son environnement.
Ces dernières années, plusieurs facteurs se sont conjugués pour augmenter l'importance de la CEM :
 perturbations de plus en plus importantes liées à l'augmentation de la tension et de l'intensité
 circuits à niveau d'énergie de plus en plus faible, donc de plus en plus sensibles
 distances entre les circuits sensibles (souvent électroniques) et les circuits perturbateurs (souvent de
puissance) qui se réduisent
 explosion du nombre des matériels de télécommunication.
Ce domaine d’étude est couvert par de nombreux champs : électromagnétisme, propagation, électronique
rapide, systèmes électriques, métrologie.

5
I.2) Gammes de fréquences des perturbations rencontrées:
10
102
103
104
105
106
107
108
109
Redresseur BF
Découpage
Commutations
f (Hz)
150 kHz
HF conduites
RF rayonnées
30 MHz
3 GHz
BF conduites
Rayonnements ionisants et rayonnements non ionisants
La longueur d’onde et la fréquence déterminent une autre caractéristique importante des champs
électromagnétiques, à savoir que les ondes électromagnétiques sont transportées par des « particules » (ou
« grains d’énergie ») appelées quanta. Les quanta associés aux ondes de haute fréquence (ou de courte longueur
d’onde) véhiculent davantage d’énergie que ceux qui sont associés aux ondes de basse fréquence (ou de grande
longueur d’onde). Pour certains rayonnements électromagnétiques, le quantum d’énergie est tellement élevé que
ces ondes sont capables de briser les liaisons intra et intermoléculaires. Parmi les rayonnements qui composent
le spectre électromagnétique, les rayons gamma émis par les substances radioactives, les rayons cosmiques et
les rayons X possèdent cette propriété et sont appelés « rayonnements ionisants ». Les rayonnements qui ne
sont pas suffisamment énergétiques pour rompre les liaisons intramoléculaires sont dits « non ionisants ». Les
champs électromagnétiques d’origine humaine qui résultent, pour une part importante, de l’activité industrielle
(électricité, hyperfréquences et radiofréquences) engendrent des rayonnements qui correspondent à la région
du spectre électromagnétique où la fréquence est relativement basse, c’est-à-dire du côté des grandes
longueurs d’onde et les quanta d’énergie qu’ils transportent sont incapables de provoquer la rupture des liaisons
chimiques.