NEUVIEME PARTIE

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QUALITE DE FOURNITURE D'ENERGIE 1 - Harmoniques 2 - Papillotement 3 - Déséquilibre 4 - Creux de tension et coupures brèves 5 - Contractualisation de la fourniture
d'énergie
Conclusion (en cliquant ci-dessus, tu retournes à la table des matières générale)
les exceptions françaises La qualité de fourniture d'énergie à la clientèle concerne essentiellement
la forme de l'onde de tension qui lui est fournie. Cette tension, qui doit
être sinusoïdale, peut être perturbée par plusieurs phénomènes. Pour chacun
d'eux, sont impliqués d'une part le système de production - transport
d'EDF, et d'autre part les clients eux - mêmes, qui sont source de
pollution vis à vis de certains de ces phénomènes. Nous distinguerons,
lorsque ce sera le cas, le niveau de qualité qu'EDF garantit à ses
clients, et la pollution maximale qu'EDF leur autorise. 1 - HARMONIQUES 1 - 1 - DEFINITIONS Une tension périodique v de fréquence f, et donc de pulsation
?= 2 * ? * f se décompose en une série de tensions sinusoïdales de
fréquences f, 2f, 3f, .... La première est la tension fondamentale. Les
autres sont les tensions harmoniques. Nous posons: v = V1*sin ?*t + V2* sin (2*?*t + ?2) + ... + Vn*
sin (n*?*t + ?n) + ... Les valeurs V1, V2, ... Vn, ... sont les amplitudes maximales des tensions
de rang 1 (fondamental), 2, ... n, ... Le taux de distorsion de chaque harmonique est donné par ? n = Vn / V1 Le taux de distorsion global est donné par: n
? = ? (? n )
2 et la tension de distorsion est donnée par: V = V1 * ? Les mêmes définitions peuvent être données sur les courants.
1 - 2 - ORIGINE DES HARMONIQUES 1-2-1- Transformateurs et machines tournantes Les moteurs asynchrones ou les alternateurs élaborent des
tensions périodiques, mais pas tout à fait sinusoïdales. Ces machines sont
des sources de tensions harmoniques, de rangs impairs, c'est-à-dire
n'altérant pas la symétrie des demi-périodes. Ces tensions sont présentes
sur chaque phase. Leurs impédances internes sont relativement faibles, de
l'ordre de grandeur de l'inductance de court-circuit inverse. Elles
proviennent du champ inducteur non parfaitement sinusoïdal, et des
irrégularités dues aux encoches des circuits magnétiques. Pour les machines
asynchrônes, les fréquences sont liées aux encoches, et décalées légèrement
par rapport aux multiples du 50 Hz, à cause du glissement. La conception
des machines permet de réduire les tensions harmoniques à des valeurs très
faibles. Les transformateurs peuvent également être assimilés à des sources de
tensions harmoniques impaires, phase par phase, d'impédances internes très
élevées, de l'ordre de grandeur de l'impédance magnétisante lorsqu'il
s'agit des tensions harmoniques des systèmes directs et inverses. La valeur
des forces électromotrices des sources de tensions harmoniques est élevée,
et approximativement proportionnelle à leurs impédances internes. Aux bornes des transformateurs, les tensions harmoniques sont, en
règle générale, de valeur très faible, étant donné qu'en pratique, les
impédances vues des bornes des sources de tensions harmoniques ont un ordre
de grandeur beaucoup plus faible que la valeur de leurs impédances
internes. 1-2-2- Charges non linéaires. L'expérience prouve, ce qui est également conforme à la théorie, que les
tensions harmoniques des réseaux dues aux machines tournantes et aux
transformateurs restent en deça du pour cent, ou d'une fraction de pour
cent de la tension nominale. Un phénomène plus gênant est la prolifération d'appareils situés chez les
clients, et comportant soit un arc électrique, tels que fours à arc,
soudeuses, éclairage fluorescent..., soit des redresseurs, comme il est
possible d'en rencontrer plus particulièrement dans la sidérurgie ou
l'électrochimie. Les ponts redresseurs de puissance sont actuellement les plus nocifs de par
l'importance croissante de leur puissance et de leur nombre. Vus du réseau,
ils apparaissent comme autant de sources de courants harmoniques de
systèmes directs ou inverses. Le problème global de la limitation des
distorsions harmoniques doit donc être centré sur celui des redresseurs de
puissance. Exemple: le redresseur monophasé à simple effet.
commande
diode thyristor source (
diode diode
charge Dans le pont de diodes, une seule a été remplacée par un thyristor. i commande de la gâchette du thyristor, au bout d'un
temps correspondant à un angle ?
L'harmonique de rang n est donné par la formule suivante: 2 * ? / ?
Hn = (? / ?) * ( (sin ? * t) * (sin n * ? * t) * dt
Après calcul nous trouvons
? / ? 1 sin 2 *?
H1 (fondamental) = Is * -- * [ ----- + 2*? - ? ]
2*? 2 1 sin 3*?
H2 = Is * -- * [ --- - sin ?]
2*? 3
1 sin (n+1) *? sin (n-1)* ?
Hn = Is * -- * [ ----- - ----- ]
2*? n+1 n-1 Le même calcul montre qu'avec un double effet, c'est à dire avec une
commande sur les deux alternances, les harmoniques de rang pair sont nuls.
Les redresseurs les plus répandus sont les redresseurs triphasés à simple
effet, et les redresseurs en pont de Grätz mixtes semi - contrôlés, pour
les petites puissances. Ils créent des harmoniques de courant de rang
impair, dont le taux de distorsion est inversement proportionnel au rang.
Redresseur triphasé à
simple
effet. charge Pont de Grätz mixte semi - contrôlé charge
Pour les grandes puissances, sont utilisés a minima des ponts de Grätz
symétriques triphasés. Des astuces de montage permettent d'obtenir des
ponts symétriques hexaphasés et dodécaphasés. Ceci permet d'éliminer les
harmoniques 3, 9, 15, 21, 27, 33, ... pour le pont symétrque triphasé,
ainsi que les harmoniques 5, 7, 17, 19, 29, 31, ... pour le pont
symétrique hexaphasé, et les harmoniques 11, 13, 35, 37, 59, 61, ...
pour le pont symétrique dodécaphasé. 1 - 3 - INCONVENIENTS DUS AUX DISTORSIONS HARMONIQUES Les perturbations harmoniques se traduisent par la déformation des
tensions et courants appliqués aussi bien aux matériels de réseau qu'à
l'appareillage de la clientèle. On peut principalement représenter la gêne
par la seule distorsion de tension, chose admise en règle générale. Chaque
tension harmonique de rang donné participe individuellement à la gêne. - Aspects de la gêne Chaque tension harmonique de rang n engendre des surtensions par
superposition de sa valeur crête à celle de la tension fondamentale, des
décalages du passage par zéro de l'onde de tension qui peuvent perturber le
fonctionnement de certains appareillages électroniques synchronisés par la
tension d'alimentation, des échauffements par effet joule, ... Il est admis que plusieurs tensions harmoniques agissent en fonction de
leur somme quadratique, cette dernière étant significative des
échauffements parasites. Elle est également physiquement et statistiquement
significative des autres phénomènes de gêne dus aux distorsions de tension;
Par exemple, la tension de distorsion définie au § 1-1 est la surtension
crête la plus probable. - Seuils de nocivité des tensions harmoniques Le seuil de nocivité apparaît dans deux types d'information: . l'expérience montre que des perturbations dans le fonctionnement du
réseau et des plaintes de la clientèle surviennent dès qu'une tension
harmonique de rang donné dépasse un taux de 7 à 10 % au point de
raccordement du client au réseau public. . des éléments de règlement de normes, ou d'essais spécifiques à des
appareils variés situent toujours les seuils de non - nocivité à un taux
variant entre 3 et 7% par rang. Les fréquences paires sont souvent les plus
nocives. Dans l'état actuel, la cote d'alerte se situerait autour de 5% par rang et
légèrement plus en distorsion globale. Voici quelques aspects de la nocivité des distorsions harmoniques, pour les
principaux types de matériels, tant producteurs que consommateurs: 1-3-1- Alternateurs Si nous considérons un système de trois tensions équilibrées, la tension à
la fréquence fondamentale, ainsi que les harmoniques 4, 7, 10, ... créent
un champ direct, tournant à la vitesse du rotor (voir annexe 1), et dans le
même sens, les harmoniques de rang 2, 5, 8, ... créent un champ inverse qui
tourne en sens inverse du rotor, et les harmoniques de rang 3, 6, 9, ...
créent un champ homopolaire immobile. Ces deux derniers champs provoquent
l' échauffement du rotor, et plus particulièrement de la cage
d'amortisseur, par courant de Foucault. De plus, l'ensemble des courants
harmoniques crée un échauffement du circuit magnétique du stator. Pour les grosses machines, le taux de distorsion global sur les courants
ne doit pas dépasser 5%, ce qui équivaut pratiquement à un seuil de
distorsion de 1/n % sur chaque harmonique de tension de rang n. Pour les m