Compteur Ferraris vs. Compteur Numérique

Analyse d’une mesure de puissance chez un grand client industriel

Dans ce rapport technique, l’analyse d’une mesure de puissance chez un grand client industriel est effectuée. Le client subit des courants et des tensions de cinquième harmonique très importants pendant les heures de production, ce qui entraîne une mauvaise qualité de l’énergie. La cinquième harmonique atteint jusqu’à 26 volts et représente plus de dix pour cent de la puissance totale.

Arrière-plan

L’origine de la mesure provient d’une situation dans laquelle une compagnie d’électricité a construit une nouvelle station et a fait fonctionner deux compteurs d’énergie en série pendant une période de deux mois. L’ancienne station était équipée d’un compteur Ferraris, tandis que la nouvelle station était équipée d’un compteur électronique. Lorsque l’énergie a été mesurée en parallèle, il a été constaté que le compteur électronique comptait 8 % d’énergie en moins que le compteur Ferraris. Après d’autres tests et un réétalonnage des compteurs, il a été déterminé que cet écart important subsistait. Pour y remédier, une mesure de la qualité de l’énergie a été effectuée (voir figure 1).

Figure 1 : Cinquième harmonique d’un client industriel en période de production avec un courant de 400 ampères et une tension de 26V

Les analyseurs de réseau permettent de quantifier les harmoniques

Nos analyseurs de puissance mobiles de la famille PQ Boxes permettent de quantifier la tension et le courant de ces harmoniques, en tenant compte de l’angle de phase Phi. Grâce à ces informations, il est possible de calculer avec précision la puissance active. Le graphique suivant (figure 2) illustre le calcul de la puissance active à l’aide des données mesurées. Le graphique montre la puissance active des différentes phases et la puissance triphasée de la cinquième harmonique (250 Hz). L’analyse donne une puissance active de -23,3 kW. Selon la définition, une valeur négative correspond à une récupération de 23 kW de puissance active dans le réseau en amont de la part du client industriel à une fréquence de 250 Hz.

Figure 2 : Calcul de la puissance active, de la puissance monophasée et de la puissance triphasée de la cinquième

Analyse des données de mesure

Figure 3 : Puissance active de l’oscillation fondamentale

Dans les données de mesure actuelles, la puissance totale du client est positive, ce qui réfute l’hypothèse d’une configuration de connexion incorrecte. La représentation visuelle montre que la puissance active totale est positive, tandis que la cinquième harmonique va dans la direction opposée avec un signe négatif (Figure 3).

Est-il nécessaire de soustraire quadratiquement cette puissance active harmonique de la puissance active totale ? Dans ce contexte, il n’est pas nécessaire d’effectuer une sommation quadratique des harmoniques pour le calcul de la puissance. En utilisant la puissance totale, la puissance de la cinquième harmonique peut être soustraite directement. Cette approche est conforme aux possibilités offertes par les analyseurs de puissance modernes et permet une quantification précise des influences harmoniques sur le niveau de puissance (Figure 4).

Figure 4 : Calcul de la puissance active à large bande

Le graphique de la figure 5 illustre un diagramme niveau-temps montrant la progression sur une semaine. Les deux couleurs différentes du graphique représentent la puissance totale. La plus grande valeur de puissance en violet indique la puissance active fondamentale, tandis que la plus petite puissance active indique la puissance active à large bande (c’est-à-dire incluant toutes les puissances harmoniques).

Figure 5 : Gamme de puissance totale avec indication de la puissance totale (bleu) et de la puissance active (rouge)
Figure 6 : Diagramme temporel du niveau de la puissance totale

Ce client tire une plus grande puissance active fondamentale du réseau électrique et introduit simultanément une puissance active de la cinquième composante harmonique dans la direction opposée. Cette influence simultanée entraîne une légère réduction de la somme totale de la puissance à large bande. L’écart discret entre ces deux calculs de puissance représente donc la différence résultante des deux numérateurs (figure 6).

Dans ce contexte, la question se pose de savoir quel est le fonctionnement précis des différents types de compteurs. Un compteur électronique enregistre non seulement l’oscillation fondamentale mais aussi les puissances harmoniques. Il agit plutôt comme un analyseur de puissance en calculant la puissance qui s’est produite sur la base des valeurs de tension et de courant échantillonnées. Ces relevés produisent une courbe de puissance et, en fonction de la fréquence d’échantillonnage du compteur, la précision de la détection ne dépasse généralement pas la moitié de cette fréquence d’échantillonnage. Il convient de mentionner que la prise en compte correcte de la direction du flux d’une composante harmonique se fait automatiquement en incluant les déductions appropriées dans le calcul, en particulier si la direction du flux est orientée à l’opposé de la composante principale.

Un compteur Ferraris, quant à lui, est généralement spécialisé dans la mesure de la puissance active de la vibration fondamentale. Il s’est donc avéré que ce compteur a enregistré une mesure d’énergie légèrement supérieure. Cela est particulièrement visible dans les présents exemples exceptionnels, où une différence d’environ huit pour cent a été constatée. Cette différence s’est produite malgré le fait que les deux compteurs aient été récemment étalonnés.

Les résultats montrent que les deux compteurs mesurent correctement, mais qu’ils utilisent des méthodes de mesure différentes, d’où les écarts observés.

Autor
Jürgen Blum, Produktmanager Power Quality Mobil

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