Power Quality: La qualité de l'énergie électrique (Code réseau EN50160)

Qu'est-ce que la qualité de l'énergie? Power Quality est un terme collectif désignant la qualité de l'énergie électrique. Tout comme l'énergie peut être décrite comme un courant et une tension, la qualité de l'énergie peut être décrite comme une qualité de courant et de tension. Les problèmes de qualité de l'électricité entraînent une mauvaise qualité de l'énergie.

Si vous envisagez d'acheter une voiture, il est d'usage de déterminer sa qualité. Vous voulez une voiture de bonne qualité, durable, nécessitant peu d'entretien et économique à l'usage. Pour un produit moins tangible tel que l'énergie électrique, nous sommes moins conscients de l'importance de contrôler ses aspects qualitatifs. La qualité de l'énergie électrique est décrite par le terme "Power Quality" et est garantie par des normes et des directives.

Les coûts de la mauvaise qualité de l'énergie sont dans la plupart des cas payés sur le budget de maintenance et sont considérés comme inévitables. Dans le même temps, la qualité de l'énergie est soumise à une pression croissante en raison de l'augmentation des équipements électroniques et de la production d'énergie décentralisée. En donnant un aperçu de la qualité de l'énergie et en gérant ces données, on économise des coûts et on augmente la qualité de l'organisation et du produit final.

Dans ce livre blanc, nous abordons le phénomène de la qualité de l'énergie et décrivons les différentes responsabilités et normes. Nous discutons également des phénomènes de qualité de l'énergie et de leurs conséquences. En conclusion, nous traitons de la compréhension et de l'amélioration de la qualité de l'énergie.

Une mauvaise qualité de l'énergie électrique (= Power Quality) entraîne:

  • Un risque plus élevé de panne d'équipement;
  • des coûts de maintenance plus élevés;
  • réduire la durée de vie des équipements;
  • une plus grande consommation d'énergie;
  • la caducité des garanties;
  • le risque d'amendes ou de réclamations.
Coût de la qualité du courant et qualité de la tension - fortop

La qualité de l'énergie et la "loi d'Ohm

Sinusoïdale pure

La tension (U) est exprimée en Volts (V) et, aux Pays-Bas, a idéalement une valeur efficace (RMS) de 230 V (basse tension), une fréquence de 50 Hz et est sinusoïdale. Cette tension est produite dans les centrales électriques et est disponible auprès de l'utilisateur final via le réseau de distribution national et local. Si la tension offerte est de forme d'onde sinusoïdale pure et que la charge est linéaire, le courant sera de forme d'onde sinusoïdale pure dans toute l'installation.

La tension et le courant s'influencent mutuellement par l'impédance de l'installation" - Loi d'Ohm

Dans la figure ci-dessous, un moteur est connecté derrière un transformateur de réseau. Le réseau, l'installation et en particulier le transformateur de réseau, forment une impédance. Le moteur a un comportement linéaire et absorbe un courant sinusoïdal. Par conséquent, après l'impédance, la tension est légèrement inférieure (perte de tension) et aussi légèrement déphasée (inductivité), mais elle est toujours sinusoïdale.

Implantation de points de recharge pour l'éclairage à leds de qualité d'énergie

Chute de tension due à l'impédance

Tension contaminée

Si le courant absorbé n'est pas sinusoïdal, en raison de dispositifs électroniques tels que les feux à DEL, les entraînements ou les points de chargement pour les voitures électriques, l'impédance de l'installation polluera la tension. Si le courant n'est pas sinusoïdal, la chute de tension aux bornes de l'impédance n'est pas sinusoïdale. Cela conduit à une tension polluée.

Implantation de points de recharge pour l'éclairage à leds de qualité d'énergie

Chute de tension due à l'impédance

Si maintenant un moteur à comportement linéaire est connecté derrière l'impédance de l'exemple ci-dessus, le moteur souffre de la tension polluée (causée par l'impédance et le comportement non linéaire de l'équipement électrique).

Qualité de l'énergie et responsabilités (Code réseau EN50160)

Trois parties sont responsables du bon fonctionnement de l'équipement:

Le gestionnaire de réseau

L'opérateur du système est responsable de la fourniture d'une tension de qualité suffisante. Cette qualité peut être affectée par la faiblesse du réseau et l'influence des clients. Au point de transfert - le point de couplage commun (PCC) - la qualité doit être conforme au Grid Code, qui est dérivé de la norme européenne EN50160. La norme EN50160 définit les conditions préalables à la tension.

Le fabricant

Les fabricants d'équipements veillent à ce que leurs équipements fonctionnent correctement dans le respect des normes et exigences applicables. L'équipement est immunisé contre la pollution de la tension qui se produit dans les limites de la norme. Cela signifie que l'équipement fonctionne correctement et atteindra la durée de vie économique prévue. Si la contamination actuelle est hors norme, il est fort probable que l'équipement ne fonctionnera pas correctement ou même tombera en panne. Les équipements sont également soumis à des normes d'émission maximale de pollution pour les autres consommateurs. Pour les équipements jusqu'à 75 A, par exemple, des normes spéciales s'appliquent pour les courants harmoniques maximums autorisés. L'émission de courants harmoniques pour les équipements de puissance supérieure n'est pas prévue dans les normes. Dans ce cas, la responsabilité incombe au concepteur de l'installation.

La personne responsable de l'installation (le client)

Le client est responsable de s'assurer que l'installation électrique est conforme aux exigences, que l'équipement a été installé conformément au manuel d'installation et qu'il est appliqué conformément au manuel d'utilisation. Si l'exploitant du réseau et les fabricants assument leurs responsabilités, la qualité de la tension offerte à l'équipement sur le PCC est censée être conforme à la norme IEC61000-2-4. Elle définit les conditions limites de la tension dans les réseaux non publics. Toutefois, ce n'est pas une garantie. Si la tension au PCC n'est pas conforme à cette norme, la garantie de l'équipement connecté sera nulle et la durée de vie technique prévue de l'équipement sera fortement réduite. Cela fait de la norme IEC61000-2-4 la responsabilité explicite de l'installation responsable.
La personne responsable de l'installation (le client
 

Qualité de l'énergie et normes

Conditions de tension dans les réseaux publics

Aux Pays-Bas, la qualité minimale de la tension est fixée dans le code du réseau. Elle est dérivée de la norme EN50160. Par exemple, la norme européenne EN50160 stipule que la tension ne peut s'écarter de la valeur nominale de plus de 10% pendant une période de considération d'une semaine pendant 99% du temps. Les valeurs limites du Grid Code sont plus strictes que celles de la norme EN50160.

Variable

Pourcentage minimum

 

Fréquence 99,5%

99,5% des valeurs sur 10 secondes sur 1 an, à +/- 1% de 50Hz

99,5%

Fréquence 100%

Toutes les valeurs de 10 secondes, à +4/-6% de 50Hz

100%

Déséquilibre de la tension d'alimentation

95% des valeurs moyennes sur 10 min. sur 1 semaine, entre 0 et 2%

95%

Variation de tension 99%.

99% des valeurs moyennes sur 10 min. sur 1 semaine, à +/- 10% de U Nominal

99%

Variation de la tension 100%

Toutes les valeurs moyennes sur 10 minutes, à +/- 15% de U Nominal

100%

Flicker

95% des valeurs sur 1 semaine, inférieur ou égal à 1 (scintillement à long terme)

95%

THD

95% van de 10 min. gemiddelde waarden over 1 week, lager of gelijk aan 8%

95%

Tableau 1: Exemples de valeurs limites EN50160 >1kV et <35kV 

Conditions préalables à la mise sous tension des réseaux non publics

La norme CEI61000-2-4 décrit les valeurs limites pour les tensions jusqu'à 35 kV dans les réseaux non publics. La qualité de la tension fournie à un équipement doit être conforme à la norme IEC61000-2-4. Si les valeurs standard sont dépassées, la machine ou l'installation peut tomber en panne (accélérée) et les règles de garantie ne s'appliquent plus. Ainsi, la norme IEC61000-2-4 est également devenue une directive d'immunité pour les constructeurs de machines.

Valeur mesurée

Valeur limite
CEI 61000-2-4

  Conditions préalables à la qualité de l'énergie

Tableau 2 : Valeurs limites de tension et composantes harmoniques individuelles selon la norme IEC61000-2-4

La norme EN61000-2-4 distingue trois classes pour la conception et la surveillance d'une installation électrique non publique. Ces classes (classes 1, 2 et 3) déterminent le degré de contamination admissible dans une installation électrique. Lors de la conception d'une installation, il faut en tenir compte et s'assurer que tous les équipements connectés fonctionnent correctement dans la classe choisie. La classe 2 est la norme ; l'équipement standard peut être utilisé. La classe 1 est principalement utilisée pour les équipements sensibles dans les centres de données, les hôpitaux et les laboratoires. La classe 3 est principalement utilisée pour les systèmes spéciaux (dédiés) dans l'industrie lourde. Cette classe permet un degré élevé de contamination, ce qui signifie que tous les équipements connectés doivent être immunisés contre ce degré élevé de contamination.

Minimum Maximum

Tension
L1-N

207 V

253 V

Tension
L2-N

207 V

253 V

Tension
L3-N

 207 V

253 V

 Fréquence

49 Hz

51 Hz

 THD-U L1-N

 

8%

 THD-U L2-N

 

8%

 THD-U L3-N

 

8%

 Déséquilibre

 

2%

Conditions d'écoulement

  • Norme EN 61000-3-2 : Courants harmoniques maximums (I<16 A par phase)
  • Norme EN 61000-3-12 : Courants harmoniques maximums (16>I<75 A par phase)

Les phénomènes de qualité de l'énergie

Dans le cadre des normes de qualité de l'énergie, nous distinguons un certain nombre de propriétés de la tension et du courant. Les normes de qualité de l'énergie qui sont importantes pour le consommateur et le gestionnaire de réseau parlent souvent de la qualité de la tension, car celle-ci est influencée par le courant.

En ce qui concerne la qualité de la tension, on distingue les phénomènes continus et les phénomènes temporaires.

En continu

Temporaire (événements)

- Niveau de tension

- Les chutes de tension

- (inter-)Harmoniser

- Les pics de tension

- Flicker

 - Panne de courant

- Asymétrie

- Transitoires

- Fréquence

- Afficher les signaux de fréquence

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous aborderons brièvement un certain nombre de phénomènes.


Pollution harmonique

Normalement, la tension du secteur est une formation d'onde sinusoïdale pure. Si une charge linéaire y est connectée (comme une lampe à incandescence, un moteur ou un condensateur), le courant qui y circule est de forme d'onde sinusoïdale pure. Lorsqu'une charge non linéaire est connectée à une tension linéaire, elle absorbe un courant non linéaire. Ce courant est appelé "courant pollué" ou "courant non linéaire". Par exemple, un courant non linéaire peut ressembler à la figure 4. Les courants pollués peuvent être observés dans les stations de pompage, sur les navires, dans les hôpitaux, les centres de données et les immeubles de bureaux à haute efficacité énergétique. 

La qualité de l'électricité : une électricité polluée

 


Un courant non linéaire affiché sous forme de signal et en analyse de Fourier

Comme décrit dans "Qualité de l'énergie et loi d'Ohm", un courant non linéaire provoque une chute de tension non linéaire aux bornes d'impédances telles que les conducteurs et les transformateurs. Cela provoque une pollution de la tension. La pollution totale en tension est exprimée par le THD-U et la pollution totale en courant est exprimée par le THD-I.

Analyse de fourier

Les signaux sinusoïdaux périodiques peuvent être composés de plusieurs signaux sinusoïdaux de fréquences différentes. Ceci est représenté dans un spectre harmonique, également appelé analyse de Fourier. Cette analyse est utilisée pour identifier les problèmes de qualité de l'énergie.

Les effets à court terme ou directs de la pollution harmonique sont:

  • Déclenchement involontaire des dispositifs de sécurité.
  • Bruits et fréquences anormaux dans les appareils de distribution et les transformateurs.
  • La défaillance des condensateurs due à une surcharge thermique.
  • Causant des résonances.
  • Perte d'énergie dans les câbles des transformateurs due aux pertes par courants de Foucault.

Lorsque les valeurs standard sont dépassées:

  • Le vieillissement accéléré des équipements et la perte de capacité de production;
  • Le vieillissement accéléré des condensateurs aux États-Unis, par exemple;
  • Vieillissement des câbles et des transformateurs et donc surcharge;
  • Le vieillissement accéléré des moteurs dû aux courants pulsés (vibrations);
  • Panne de moteurs due à un courant pulsé (vibrations).

 

Pour en savoir plus sur les harmoniques supérieures

Les baisses de tension

En pratique, les baisses de tension représentent la majeure partie des coûts. Selon la norme européenne EN-50160, une chute de tension s'entend comme une chute de tension:

"Une chute soudaine de la valeur effective de la tension à une valeur comprise entre 90 % et 1 % de la valeur convenue, suivie immédiatement d'une récupération de cette tension. La durée de la chute de tension est comprise entre une demi-période (10ms) et une minute".

Si la valeur effective de la tension ne tombe pas en dessous de 90 % de la valeur convenue, on considère qu'il s'agit d'une situation de fonctionnement normal. Si la tension descend en dessous de 1 % de la valeur convenue, il s'agit d'une interruption.

Une chute de tension peut se produire en raison de divers phénomènes dans le réseau. La plupart des chutes de tension sont causées par des phénomènes de mise en marche ou des défauts et des arrêts du réseau moyenne tension.

La qualité de l'énergie s'étend

Classification des variations de tension

Les causes d'une chute de tension:

  • Courants d'appel de grandes charges
  • Connexions dans l'installation basse tension
  • Déconnexion ou panne du réseau moyenne tension
  • Déconnexion ou panne du réseau haute tension

Bien que les chutes de tension passent souvent inaperçues, elles peuvent entraîner la défaillance de processus critiques ou des problèmes de qualité dans la production. De plus, une chute de tension peut entraîner un courant de pointe lors d'une chute de tension (charge électronique) ou un pic d'appel lorsque la tension revient. Ce courant de pointe peut entraîner l'activation de dispositifs de protection.

 

 

Pour en savoir plus sur les chutes de tension, consultez le livre blanc


Scintillement

Le scintillement est une tension qui change périodiquement et qui se traduit par un clignotement des écrans et de l'éclairage. Pour déterminer le scintillement, une mesure avec un algorithme de mesure décrit dans la norme EN 61000-4-15 doit être effectuée. Les valeurs du scintillement sont définies par Pst (10 min, court terme) et Plt (2 h, long terme). Habituellement, les valeurs limites de "1" sont utilisées pour la valeur maximale de Plt.

Causes du scintillement

Le scintillement est souvent causé par la mise en marche répétitive et les charges très fluctuantes de grosses charges telles que les broyeurs à marteaux, les machines de soudage par points et les soudeuses à l'arc électrique. Les parcs solaires et les éoliennes peuvent également être une cause. Comme l'impédance du réseau a une influence majeure sur le degré de scintillement, le scintillement est dans la plupart des cas un problème commun à l'exploitant du réseau et au consommateur.


L'éclairage clignotant est l'effet principal et le plus visible du scintillement. À une fréquence de clignotement d'environ 8 Hz, cela peut même entraîner des troubles médicaux chez les personnes qui en souffrent régulièrement. Ce clignotement des lumières se produit en particulier avec les lampes à incandescence. Les lampes à commande électronique en souffrent moins. L'électronique peut également vieillir rapidement en raison du changement de la valeur supérieure de l'onde sinusoïdale.

Qualité de l'énergie flicker

Le scintillement est une variation périodique de la valeur supérieure

 

Gestion de la qualité de l'énergie

Les coûts d'une mauvaise qualité d'énergie ne sont pas toujours visibles et sont souvent payés par des pots de maintenance. Lors de l'intégration de systèmes de mesure de l'énergie pour les économies d'énergie, il est certainement utile de prendre en compte l'aspect de la qualité de l'énergie et de l'intégrer dans le concept de mesure. Cet investissement supplémentaire relativement faible permet de contrôler de manière proactive la qualité de l'énergie, de l'améliorer si possible et de contrôler les responsabilités. En savoir plus sur l'importance de l'électricité propre.

La gestion de la qualité de l'énergie est un processus continu de mesure, d'analyse et d'amélioration visant à réduire les coûts de maintenance et à accroître la disponibilité. Le fait que cela permette également d'économiser de l'énergie est un effet secondaire agréable. Nous passons continuellement par trois étapes: la mesure, l'analyse et l'amélioration.

Analyseur de la qualité de l'énergie UMG 512 | Janitza

Étape 1: Mesurer

Le choix du bon compteur est essentiel pour un processus d'amélioration continue, il est nécessaire de mesurer continuellement et correctement. Cela semble plus simple que cela ne l'est. 30 % des instruments de mesure sont mal connectés. Comment s'assurer que l'on mesure correctement?

  • Déterminez ce que vous voulez mesurer et à quel niveau dans l'installation.
  • choisir le bon compteur et les bons transformateurs de mesure
  • placer les instruments de mesure (analyseurs) au bon endroitconnecter correctement
  • les instruments de mesure veiller à la bonne
  • configuration des instruments de mesure

En savoir plus sur le thème "choisir le bon compteur d'énergie.

analyse de la qualité de l'énergie

Étape 2: Analyser
Tirer les bonnes conclusions

Seule une bonne interprétation des données de mesure nous permet de tirer les bonnes conclusions. Nous voulons pouvoir consulter les données de mesure, être alerté au bon moment et générer des rapports périodiques. Cela nécessite un logiciel bien conçu. Tant le logiciel sur le compteur (décentralisé) que le logiciel dans lequel tous les points de mesure peuvent être installés (centralisé).

En savoir plus sur les logiciels d'analyse et de rapport

améliorer la qualité de l'énergie

Étape 3: Améliorer
Résoudre le problème des péquistes

En ce qui concerne les problèmes de qualité de l'énergie, nous préférons résoudre le problème à la source. Il se peut que le fabricant de l'équipement ne respecte pas son obligation ou que l'installation doive être construite différemment. Dans certains cas, le problème est du ressort de l'exploitant du réseau. Si cela n'aboutit pas, nous devrons intervenir avec une solution passive (filtre ou compensation) ou une solution active telle qu'un filtre dynamique actif.

Pour en savoir plus sur les filtres actifs, consultez le livre blanc.

 

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