Presepresentation sur les harmoniques et leurs effetsntation Sur Les Harmoniques Et Leurs Effets

Puissances, nergies, Perturbations page 1

PERTURBATIONS PUISSANCES

NERGIESPrsent par

Hdi Besrour


PlandexposNOTIONS DE CHARGE (LINEAIRE et DEFORMANTE)

LE SPECTRE HARMONIQUE

LA PROBLMATIQUE

EFFETS DES HARMONIQUES

COS ET FACTEUR DE PUISSANCE

SOLUTION AUX HARMONIQUES

QUELS PARAMETRES ALLONS NOUS MESURER POUR QUANTIFIER ET QUALIFIER CES HARMONIQUES ?

EXEMPLES


L'nergielectriqueestdistribuesousformedetroistensionssinusodalesconstituantlerseautriphasquilibr.

Selonleurscaractristiquesd'entre,certaineschargespeuventperturbercettedistribution.

NOTIONS DE CHARGE


LES CHARGES LINEAIRES

Hier, la majorit des charges utilises sur le rseau lectrique taient des charges dites LINAIRES : charges appelant un courant de forme identique la tension, cest dire quasi sinusodal comme les convecteurs lectriques ou encore les lampes incandescences.

HIER

T = 20 ms f = 50 Hz Amplitude 325 V Veff = 230 VTolrance sur la tension efficace : 10 %

Consquence fondamentale :la majorit des quipements sont conus pour tre aliments par une source de tension satisfaisant ces rfrences


LES CHARGES DEFORMANTES

Les rcepteurs prsents dforment les signaux lectriques du courant et de la tension.

Les signaux analyss sloignent de lallure sinusodale de dpart.

AUJOURDHUI


clairage Chauffage &Climatisation

Variateur de Vitesse

Informatique

SourcePerturbations

lectrique

Une Installation aujourdhui



Un signal dform est la somme des signaux sinusodaux, d'amplitudes et de frquences, et multiples de la frquence fondamentale.



Dcomposition harmonique dun signal dform.

.

.

Fond

Harmo

ffrang=


LE SPECTRE HARMONIQUE (suite)Types de charge Appareils concerns Courant absorb Spectre harmonique

correspondant

Rcepteur rsistif

- Fours industriels rsistances rgules par commande trains dondes- Lampe incandescence, convecteurs, chauffe-eau.

Eclairage

- Tubes fluorescents,

- Lampes vapeur HP.

Redresseur monophas diodes avec filtrage

Alimentation dcoupage

- Micro-informatique,

- Tlvisions,- Lampes ballast lectronique.

Rcepteurs consommentde l'nergie ractive


Redresseur triphas diodes avec filtrage

- Variation de vitesse des moteurs asynchrones.

Gradateur monophas(commande par angle de

phase)

- Rgulation de puissance de fours rsistances,

- Modulation de puissance des lampes halognes.

Redresseur triphas thyristors

- Variation de vitesse des moteurs courant continu et des moteurs synchrones,- Electrolyseurs.

Moteur asynchrone - Machines outils,

- Appareils lectromnagers,

- Ascenseurs.

Types de charge Appareils concerns Courant absorb Spectre harmoniquecorrespondant


LA PROBLMATIQUE

Conclusion :Cette tension dforme est commune tous les autres rcepteurs du rseau. Elle est prjudiciable au bon fonctionnement de l'ensemble des rcepteurs raccords sur ce rseau.

Prsence de chargesdformantes Courant dform

I Courantdform x

Z Impdance internedes gnrateurs

V Tensionsharmoniques=

Tensionsharmoniques = Tension non sinusodale

=


EFFETS DES HARMONIQUES

Les phnomnes de rsonance proviennent de la prsence dlments capacitifs etractifs sur le rseau dalimentation lectrique (ligne, transformateur, capacit derelvement de facteur de puissance), gnrant ainsi des amplitudes leves sur certainsrangs harmoniques (rangs 5 et 7 par exemple).

Destruction des condensateurs de compensation dnergie ractive

Les phnomnes de rsonance


Les chauffements dans les conducteurs et quipements lectriques

G C Z

Source

Compensation del'nergie ractive

charge nonlinaire

B B'

A A'Is

Ic

Iz

L'impdance d'une batterie de condensateursdcrot avec les rang des harmoniques . Cecientrane une augmentation de l'intensit absorbepar les condensateurs provoquant ainsi deschauffements.

EFFETS DES HARMONIQUES (suite)

Les chauffements dans les batteries condensateurs

Les conducteurs lectriques vhiculent les courants harmoniques qui produisent, par effet Joule, un chauffement des conducteurs au mme titre que le courant fondamental


Les effets dans le conducteur NeutreEFFETS DES HARMONIQUES (suite)

0 360

Les courants harmoniques de rang multiple de 3 partir des 3 phases vontsadditionner et donner naissance dans le conducteur neutre la circulation duncourant.

Puissances, nergies, Perturbations page 15 15

Charge non linaire absorbant un courant de valeur efficace I

Ligne de rsistance R Pertes Joule : 2jP R I=

( )2 2 22 2 3 nj 1P R I R I I .... I= + + + + ( )2 2 22 3 njP R I I .... I= + + +

2 2 2 21 2 3 nI I I I .... I= + + + +

Accroissement relatif : 2jj1

PTdh

P=

EFFETS DES HARMONIQUES (suite)Effets immdiats Accroissement des pertes par effet Joule


Rduction de la dure de vie des moteursRduction de la dure de vie des transformateursVieillissement acclr des isolants et des dilectriques

Effets immdiatsDgradation du facteur de puissanceRduction de la puissance des moteurs Diffrences de potentiel entre masses Surcharges des cbles , transformateurs et moteursBruits et vibrations perturbation des systmes lectroniquesSurdimensionnement de certains composants : conducteur du neutre, d'alimentation, batteries de condensateurs

Effets moyen et long terme

EFFETS DES HARMONIQUES (suite)



Le cosinus nest plus applicable, on parle alors de : FACTEUR DE PUISSANCE

Le cosinus est le dphasage entre la fondamentale "Tension" et la fondamentale "Courant"dans le cas de signaux non dforms.

FpSP=cos =

S=VIApparente S :Active P : 1 1P=VI cos

Ractive Q : 1 1Q=VI sin2 2

1P Q =VI+ < S



Le dphasage entre la fondamentale "Tension" et la fondamentale "Courant" est nul. Le cosinus est gal 1 mais dans le cas de signaux dforms

LE FACTEUR DE PUISSANCE < COS .

Puissance active :P = U x I x cos cos = 1

VI thyristor


DQPP

SPFp

++==

La charge non linaire, lorsquelle est soumise unetension sinusodale, absorbe un courant dit "dform" :il ny a plus proportionnalit entre courant et tension.

On intgre dans la formule de FP la puissance diteDFORMANTE qui traduit les effets de la distorsionharmonique.


( )1

pcosf =

21 Tdh+

( ) ( ) ( ) I 2 sin n t -nI 2 sin t - 11i + nn=2t =


COS ET FACTEUR DE PUISSANCE (suite)


INTRT DU RELEVEMENT DU FACTEUR DE PUISSANCE

La compensation dnergie ractive apporte :Un allgement de la facturation pour labonnUne augmentation de la puissance disponible sur linstallationUne diminution des pertesUne rduction de la chute de tension de ligne


QUE FAIRE ?Rduire le taux d harmoniquesCompenser l'installation grce l'adjonction debatteries de condensateursFormule : Qc = P ( tan - tan ')

' S

S'

Pactive

Q'

Qc

Q


EN50160etHarmoniquesLes limites maximales pour chaque harmonique en tension la source en % de la tension nominale. 95% de la tension TRMS moyenne de 10 minutes pendant une semaine doit rester dans ces limites.sachant que le taux global d'harmonique en tension ne doit pas dpasser 8 % dans une installation de distribution basse tension.

Harmoniques impaires Harmoniques paires

Non multiples de 3 Multiples de 3

Rangh

Tension relative

Rangh

Tension relative

Rangh

Tension relative

5 6 % 3 5 % 2 2 %

7 5 % 9 1,5 % 4 1 %

11 3,5 % 15 0,5 % 624 0,5 %

13 3 % 21 0,5 %

17 2 %

19 1,5 %

23 1,5 %

25 1,5 %


SOLUTION AUX HARMONIQUES

Filtres passifsFiltre rsonnant, extrmement efficacepour liminer une harmonique de rang particulier "filtre passe-haut"

Filtre amorti, filtrage de toutes les frquences infrieures au rang considr

"filtre passe-bas"Filtres actifsInjecte des courants harmoniquesquivalents mais en opposition de phase que ceux mis par les appareils.

Utilisation de transformateurs propre chaque quipementMise en place de filtre :


QUELS PARAMETRES ALLONS NOUS MESURER

POUR QUANTIFIERET QUALIFIER

CES HARMONIQUES ?


Les appareils numriques dit R.M.Sralisent la mesure efficace dun signalquelque soit sa forme, sinusodal ou dform

... 272

52

3... ++++= IhIhIhlfondamentaII SMR

FORMULES

Valeur RMS ( Root Mean Square)

Appareil RMSMme mesure :I = 16 AAppareil NON RMS

Mesure :I = 12 A

Courant mesur


414,12IIFCefficace

Max ===

Charge linaire : soit 1,414 Absence d'harmoniqueMatriel informatique : 2 3 Prsence d'harmoniquesVariateur de vitesse : environ 2 Prsence d'harmoniques

2

Dans le cas dune charge linaire

Facteur de Crte


Le taux distorsion harmonique global

Rapport de la valeur efficace de lensemble des courants harmoniques du signal sur la valeur efficace du mme signal la frquence fondamentale

Le facteur de distorsion global

Rapport de la valeur efficace de lensemble des courants harmoniquesdu signal sur la valeur efficace du signal

2

222

1...432

AAAATHD ++= A ou V%

2

222 ...320Aeff

AAADF ++= % A ou V


1AAn

n =

%75129

1

3 ===AA

n

Exemple pour lharmonique 3 :

Dtermination de la valeur efficace du rang dharmonique considr ainsi que de son pourcentage par rapport la fondamentale

Le taux distorsion harmonique rang par rang

100 %

n1 3 5 7 9


Le facteur K indique la quantit de chaleur produite pardes courants sinusodaux par rapport la mme valeurefficace de courant sinusodal pur.

Le facteur K, qui fournit une mesure des effetsthermiques sur les transformateurs, est dfini dans la normeANSI/IEEE C57.110

facteur K

Un champ magntique, dit flux de fuite, est prsent dans les enroulements des transformateurs.Ce flux induit des courants entranant 1 10 % des pertes par effet Joule en rgime sinusodal. Enrgime dform, ces pertes peuvent tre 20 fois suprieures ces valeurs.Dans ce cas, la temprature du transformateur slve, et peut dpasser la capacit thermique desisolants, allant jusqu entraner une dfaillance du transformateur. Par ailleurs, les harmoniquesapportent un courant lev sur le neutre du secondaire du transformateur.


Les diffrentes perturbations selon la EN 50160

CoupuresCreux de tensionsurtensionsFluctuations lentes

Fluctuations rapidesDsquilibresFrquenceHarmoniques


Les diffrentes perturbations selon la EN 50160

Transients = TransitoiresSwells = BossesSags = CreuxOver Voltage = SurtensionUnder Voltage = Sous tensionOutage =Coupures

Des normes internationales dfinissent la qualit de la fourniture. L'lectricitdistribue comme tout produit consommable doit rpondre des critres dequalit bien dfinis.


Les diffrentes perturbations selon EN 50160 (suite)Coupures brves, longues et creux de tensions

la norme donne des valeurs indicativesToutes les valeurs efficaces de la tension fournie doivent situerdans la plage Un+10% et Un-15%

Coupures brves de tension : En utilisation normale, il se produit de brves coupures avecune frquence variant de 10 100 vnements par an. La dure reste en gnral infrieure 1 seconde.Coupures longues de tension : De dure suprieure 3 min, ces vnements sont considrshors du domaine de validit de la norme et pour lesquelles il nest pas possible de donner de valeurs indicatives.Origine : - Effets imprvisibles des intempries et causes externes.Creux de tension : Diminution de la tension en dessous de 90 % de Un. Le nombre de creux peut varier de 10 10000 durant une anne. La plupart ont une dure infrieure 1 seconde et un niveau le plus bas de 60 % de Un.Origine : - Appel de courant important sur le rseau, dmarrage de rcepteur forte puissance, dfaut sur le rseau : court-circuit, dfaut de terre, commutation de charge.


Les SurtensionsOrigine : Foudre, fusion de fusible, enclenchementde condensateur, coupure de contacteurSurtensions temporaires :En Basse Tension :- la surtension peut atteindre la valeur de tension entre phase, cause du dplacement du point de neutre du rseau triphas.

En Moyenne Tension :- rseau neutre la terre, raccords directement ou avec impdance,

la surtension ne devra pas dpasser 1.7 Uc- rseau neutre isol ou rsonant, elle ne devra pas dpasser 2.0 Uc

Surtensions transitoiresEntre Phase et Terre, les surtensions ne dpassent gnralement pas 6 kV. Le temps de monte peut varier de quelques microsecondes plusieurs millisecondes

Les diffrentes perturbations selon EN 50160 (suite)


Variation de frquenceEN 50160 : La valeur moyenne de la frquence fondamentale mesure pendant 10 secondes sur des rseaux de distribution doit tre compris dans lintervalle :

50 Hz 1 % pendant 95 % dune semaine.

DsquilibreEN 50160 :Le dsquilibre est dfinit par lcart de symtrie du systme triphas, caractris par lgalit des modules de tension en valeur efficace et leurs dphasages relatifs.Pour chaque priode dune semaine, 95% des valeurs efficaces calcules sur 10 min de la composante inverse de la tension dalimentation doit se situer entre 0 et 2% de la composante directe.



Les harmoniques et les interharmoniquesOrigine: prsence de charges non linaires sur le rseau

EN 50160 : la valeur moyenne sur 10 min de la valeur efficace des harmoniques ne doit pas dpasser la valeur limite dfinie, pour chaque rang, en pourcentage de la tension nominale Un pendant 95% dune semaine.

Exemple : H3:5%, H5:6%, H7:5%, H9:1.5%, H11:3.5%.)

Le taux global dharmoniques (THD) ne doit pas excder 8% de lamplitude de la fondamentale.



Phnomne Paramtre Limite Probabilits ne pas dpasserFrquence Valeur moyenne sur 10s +1%/-1%

+4% / - 6%99,5% sur un an100% du temps

Variations de tension Valeur TRMS moyenne sur 10 min

+10%/-10%+10% / -15%

95% sur une semaine100% du temps

Variations rapides de tension

Nombre dvnements Courte dure et 5% UnCourte dure et 10% Un

NormalPlusieurs fois par jour

Flicker Plt (2hr) 1 pour 95% dune semaine

Creux de tension Nombre dvnements dure < 1 seconde et < 60% Un 10..1000 vnements par an> 50% sur tous les creux

Interruptions courtes Nombre dvnements dure < 1 seconde et < 1% Un 10..1000 vnements par an> 70% sur toutes les interruptions

Interruptions longues Nombre dvnements dure >180 secondeset 110% Un et 1,5kV

Transitoires en surtensions

Nombre dvnements Dure de la s la ms > 1,5kV et < 6kV

Dsquilibre Uneg/Upos sur 10 min


CommentlirelEN50160.

LatensionTRMSavecunpointtoutesles10priodes(50Hz)Cesmesuressontmoyennesparintervallesde10min(Qta=moyennede10priodespendant10mn)168h(1semaine)x6(6Qtaen1heure)=1008mesuresdetensionmoyennes95%deslectures(958lectures)doiventtre+/10%dunominal.Aucunelecturenedoitdpasser+10%ou15%dunominal.

Doncjusqu5%deslectures(50lectures)peuventtreendessous207V,maissansjamaisdpasser195,5V.

95% des mesures Vrms prises durant une semaine doivent tre dans cette gamme.

La valeur moyenne en tension ne doit jamais sortir de cette gamme

Prenons lexemple que nous surveillons une alimentation secteur 230V.Aprs une semaine de surveillance nous trouverons:


INV

ES

TIG

ATIO

ND

IAG

NO

STI

C

CA8340Monophas

Triphas non quilibre

CA8334

PX120

MX240

F27

CA 8220

CA 8230

COMMENT MESURER ?

CA8342

CA8352

CA8332

CA8335


L ANALYSEUR DE PUISSANCES & HARMONIQUES

QUALISTAR C.A 8334



Principales grandeurs mesures- Tension RMS AC : Tensions simples, jusqu' 480 V - Tensions composes, jusqu' 830 V

- Courant RMS AC : Jusqu' 240 A (Pinces MN) et jusqu' 3000 A (AmpFlex) - Tensions et Courants PEAK - Frquences : de 40 70 Hz - Puissances : Actives, ractives, Apparentes. Par phase et cumules - Energies : Actives, Ractives, Apparentes - Harmoniques : en Tension, Courant ou Puissance. Jusqu'au rang 50 Principales valeurs calcules - Facteurs : de crte (courants et tensions), K pour les courants (adaptation rapport de transformation pour les transformateurs de courant), de puissance, de dplacement et de la tangente. - Effet "Flicker" pour les tensions - Dsquilibres entre phases (tensions et les courants) - Taux de distorsion harmonique - Valeur moyenne de n'importe quelle valeur calcule Fonctions complmentaires - Traitement graphique, Alarmes, Enregistrement, Datation et caractristiques des perturbations (surtensions, creux et coupures), Stockage - Impression immdiate de l'cran sur l'imprimante, Mmorisation d'cran - Communication numrique liaison optique



lelogicieldexploitationsurPC(DataViewer enoption)

Configuration de lappareil

rcapitulatif des paramtres selon la norme EN 50160

Traitement de donnes

Visualisation des donnes


ExemplesdapplicationsindustriellesExemple1:

Exemple2:


Sans filtre Avec filtre

ExemplesdapplicationsindustriellesExemple4:


Moteuravecdmarragedirect

Moteur avec variateur de vitesse

Exemple 4:Exemples dapplications industrielles (suite)


Exemplesdapplicationsindustrielles(suite)

Exemple 5:

Exemple 6:


MERCI POUR VOTRE ATTENTION

Diapositive numro 1Plan dexposDiapositive numro 3Diapositive numro 4Diapositive numro 5Diapositive numro 6Diapositive numro 7Diapositive numro 8Diapositive numro 9Diapositive numro 10Diapositive numro 11Diapositive numro 12Diapositive numro 13Diapositive numro 14Diapositive numro 15Diapositive numro 16Diapositive numro 17Diapositive numro 18Diapositive numro 19 COS ET FACTEUR DE PUISSANCE (suite)Diapositive numro 21Diapositive numro 22EN50160 et HarmoniquesDiapositive numro 24Diapositive numro 25Diapositive numro 26Diapositive numro 27Diapositive numro 28Diapositive numro 29Diapositive numro 30 Les diffrentes perturbations selon la EN 50160Diapositive numro 32Les diffrentes perturbations selon EN 50160 (suite)Les diffrentes perturbations selon EN 50160 (suite)Les diffrentes perturbations selon EN 50160 (suite)Les diffrentes perturbations selon EN 50160 (suite)Diapositive numro 37Comment lire lEN50160.Diapositive numro 39Diapositive numro 40Diapositive numro 41Diapositive numro 42Diapositive numro 43le logiciel dexploitation sur PC( DataViewer en option)Exemples dapplications industriellesExemples dapplications industriellesMoteur avec dmarrage directExemples dapplications industrielles (suite)Diapositive numro 49

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