Évolution des technologies énergétiques – Partie 1

Transformation de la qualité de l’électricité

Dans cet article, que nous avons rédigé en collaboration avec le portail web Schutztechnik.com, nous abordons les changements actuels dans la technologie de l’énergie. En outre, nous examinerons les effets des répercussions sur le réseau et l’influence qu’ils ont sur les appareils de mesure avec lesquels nous détectons les défauts dans le réseau.

Augmenter l’efficacité énergétique et réduire les coûts – impossible sans changements

De nos jours, de nombreux consommateurs anciens sont remplacés par des technologies à commande électrique (cf. figure 1). Un bon exemple est le passage d’un moteur asynchrone à un convertisseur de fréquence avec un entraînement contrôlé. Le moteur asynchrone avait deux états : marche et arrêt. Le convertisseur de fréquence, quant à lui, peut être réglé sur la puissance exacte requise. Ces consommateurs modernes apportent un retour d’information sur le réseau : Ils n’ont plus besoin d’une tension et d’un courant sinusoïdaux, mais construisent la puissance et le courant comme ils le souhaitent par le biais d’un redresseur à l’entrée.


Figure 1 : Évolution des composants électroniques

Comment est construit un redresseur ?

Un circuit d’entrée typique d’un variateur est illustré à la figure 2 : en haut, le côté réseau est montré, il est alimenté en triphasé et passe par un pont redresseur vers un circuit intermédiaire, où ce courant continu ondulé est d’abord un peu lissé. Ensuite, nous passons à un onduleur, où le courant continu est découpé en petits blocs et, à partir de là, nous pouvons assembler n’importe quelle fréquence avec laquelle le moteur peut être régulé ou contrôlé. C’est très efficace, mais du côté du réseau, nous obtenons les fréquences de commutation de l’onduleur. La figure 1 montre quelques exemples de consommateurs utilisés dans les réseaux actuels. On peut en déduire qu’il faut s’attendre à des effets de rétroaction de 2 kHz à 300 kHz, qui peuvent perturber d’autres charges.

Si un consommateur fonctionne avec une certaine fréquence de commutation, la source introduit cette fréquence dans le réseau. Cette fréquence cherche alors naturellement un consommateur et veut se court-circuiter. À 10 kHz ou 20 kHz, nous pouvons supposer qu’elle ne veut pas s’écouler vers le transformateur ou la moyenne tension, car le transformateur bloque les hautes fréquences par l’intermédiaire de son XL. Cependant, lorsque nous alimentons, nous cherchons une source à faible impédance par laquelle cette fréquence peut s’écouler, et il s’agit généralement toujours d’un consommateur à proximité.

Figure 2: Structure of the inverter

Quels sont les problèmes qui pourraient survenir dans le réseau si ces fréquences de commutation se produisaient ?

De nos jours, de nombreux consommateurs n’ont plus d’interrupteur. Autrefois, par exemple, une lampe pouvait être allumée et éteinte à l’aide d’un interrupteur, mais aujourd’hui, il est également possible d’utiliser une lampe à variateur tactile. En touchant le socle, la lumière s’allume et s’éteint. Il existe un exemple pratique de l’influence de ces lampes sur la qualité de l’énergie :

Un hôtel a équipé toutes ses chambres de ce type de lampes à variateur de lumière. Ces lampes s’allumaient et s’éteignaient d’elles-mêmes, ce qui est particulièrement défavorable. La cause de tout cela : Dans la ville où se trouvait cet hôtel, une entreprise industrielle équipée de machines CNC, qui travaillait également la nuit en semaine, a eu des répercussions sur le réseau. Les lampes ont fini par s’allumer et s’éteindre d’elles-mêmes. Dans la lampe, le mécanisme d’allumage et d’extinction est contrôlé par de très petits signaux d’une fréquence plus élevée. Si une fréquence identique est générée par un autre consommateur ou une machine du réseau, une réaction ou un dysfonctionnement peut se produire.

En outre, on peut dire que tous les effets de rétroaction qui se produisent dans la plage allant jusqu’à environ 16 kHz peuvent être perçus acoustiquement par les humains, car les consommateurs peuvent convertir ces effets de rétroaction en sons.

Comment mesurer les perturbations ?

Si l’on veut enregistrer les perturbations dans le réseau, il faut que l’appareil de mesure puisse balayer deux fois plus vite que la perturbation à enregistrer. Par exemple, une perturbation allant jusqu’à 10 kHz ne peut être détectée que par un appareil de mesure mesurant au moins 20 kHz. La figure 3 donne un bref aperçu des taux d’échantillonnage auxquels nos appareils de mesure PQ mobiles peuvent mesurer et détecter les répercussions.

Figure 3 : Portée de la détection des interférences de nos boîtes PQ et lignes directrices correspondantes

Un exemple concret

Dans un village, certains clients se sont plaints au fournisseur d’énergie que certains consommateurs présentaient des dysfonctionnements ou que des appareils émettaient des sifflements. Dans ce réseau, une mesure a été effectuée avec un PQ-Box 100 (fréquence d’échantillonnage de 10 kHz), comme le montre la figure 4. La mesure montre une onde sinusoïdale parfaite. Il n’y a aucun signe d’interférence à ce stade.

En utilisant un autre appareil avec un taux d’échantillonnage légèrement plus élevé de 40 kHz (voir figure 5), nous pouvons voir qu’une haute fréquence est modulée sur la sinusoïde.

Figure 4 : Mesure avec la PQ-Box 100

L’objectif est maintenant de détecter cette fréquence et d’en trouver la cause en répondant aux questions suivantes :

  • De quelle fréquence s’agit-il ?
  • Quel est le niveau de cette fréquence ?

La détection de la fréquence en question est nécessaire car, en fonction de l’impédance de l’utilisateur final, elle peut entraîner un échauffement et des dysfonctionnements.

Figure 5 : Mesure avec une fréquence d’échantillonnage de 40 kHz

Auteur
Jürgen Blum, Product Manager Power Quality Mobile

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