Évolution des technologies énergétiques – Partie 2

Changements dans l’optique de la qualité de l’énergie

Les normes jouent un rôle majeur dans les mesures de la qualité de l’énergie. Il est donc essentiel que ces normes soient également adaptées aux nouvelles conditions dans le cadre de l’évolution de la technologie énergétique. Dans le deuxième article de notre série, nous examinons les normes actuelles et la manière dont elles doivent être interprétées en ce qui concerne les hautes fréquences de commutation.

Le choix de l’étalon est essentiel pour la réussite de l’évaluation des mesures.

Pour chaque mesure dans le domaine de la qualité de l’énergie, il est important de tenir compte des normes qui s’appliquent au réseau concerné. Deux normes sont fréquemment choisies dans le cadre des harmoniques de tension dans le réseau basse tension : EN 50160 et IEC 61000-2-2. La norme EN 50160 actuelle est limitée car elle ne définit pas de niveaux de compatibilité pour le réseau public au-delà de la 25e harmonique.

Par conséquent, la norme CEI 61000-2-2, qui décrit les caractéristiques des niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence et les transmissions de signaux dans les réseaux publics à basse tension, peut être ajoutée à la norme EN 50160 en vue d’une mesure. Si l’on compare les deux normes entre elles, on constate la différence suivante en ce qui concerne les mesures :

  • La norme EN 50160 est destinée au point de transfert vers le client : Dans le réseau basse tension, la mesure serait effectuée au niveau du raccordement de la maison du client.
  • La norme IEC 61000-2-2 décrit ce que l’on appelle le PCC (= Point of coming Coupling), ce qui signifie que le point est considéré comme le point d’entrée des autres consommateurs.

Selon la norme CEI, si une boîte de distribution de câbles est utilisée et qu’une ligne de 100 m de long vers le client A et une autre ligne vers le client B sont connectées à cette boîte de distribution de câbles, le point de mesure approprié dans ce cas serait la boîte de distribution de câbles. Dans ce cas, il s’agit du PCC. Si des mesures étaient prises dans une maison multifamiliale avec plusieurs compteurs, le point de mesure serait le compteur et donc le même pour la norme EN 50160 et la norme CEI 61000-2-2.

La norme IEC 61000-2-2

Jusqu’à récemment, la norme IEC 61000-2-2 comportait une lacune entre la 50e harmonique et 150 kHz. Cela signifie que jusqu’à la 50e harmonique, il existait des valeurs de compatibilité dans le réseau. À partir de 150 kHz, il y a toujours eu des normes CEM jusqu’à quelques GHz. Elles définissaient les interférences qu’un consommateur était autorisé à émettre. La plage au-dessus de la 50e harmonique jusqu’à 150 kHz n’a été réglementée qu’en 2018. Cela signifie que si un consommateur émet, par exemple, 8 kHz dans le réseau et dérange d’autres consommateurs, aucune valeur limite n’était violée jusqu’alors.

La figure 1 donne un aperçu des niveaux valables jusqu’à 9 kHz.

Figure 1 : Niveau de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence dans le réseau public à basse tension

La figure 2 montre la valeur limite dans la plage de 9 kHz à 30 kHz. Ce qui est quelque peu frappant pour les ingénieurs de puissance à ce stade : Normalement, les gens sont habitués à définir les niveaux de compatibilité en valeurs absolues ou en % d’écart par rapport à la valeur nominale, mais cette norme les définit en dB(μV). Une petite aide pour convertir ces valeurs en mV est donnée dans la partie inférieure de la figure.

Figure 2 : Niveau de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence dans le réseau public à basse tension

Valeurs limites des directives de raccordement VDE

En consultant les directives de raccordement VDE (VDE AR-N-4100/ VDE AR-N-4110/ VDE AR-N-4120/ VDE AR-N-4130), on constate par exemple que les valeurs limites pour les courants jusqu’à 9 kHz y sont également définies. La qualité de l’énergie passe alors de la basse fréquence à la gamme des fréquences de commutation plus élevées.

Pour le raccordement d’une installation de client au réseau basse tension, il y aurait des valeurs de compatibilité pour les courants d’une installation de client de 2 kHz à 9 kHz selon la figure 3. La particularité de ce cas est qu’il ne s’agit pas d’un multiple de 50 Hz. Dans la plage comprise entre 2 kHz et 9 kHz, les bandes de 200 Hz sont toujours combinées.

La partie supérieure de la figure 3 montre que dans la plage comprise entre 8,8 kHz et 9 kHz, toutes les lignes spectrales sont regroupées par l’appareil de mesure et la fréquence centrale est indiquée. Une fréquence de 8,9 kHz signifie que toutes les répercussions entre 8,8 kHz et 9 kHz sont incluses et que des valeurs limites sont définies pour cette plage.

Figure 3 : Mesure de 2 à 9 kHz par bandes de 200 Hz conformément à la norme IEC 61000-4-7

Exemples d’évaluations standard

Une évaluation standard pourrait se dérouler comme suit : Pendant une semaine, la qualité de l’énergie est mesurée dans la plage allant jusqu’à 150 kHz (voir figure 4). La ligne de valeur limite peut être affichée via le logiciel mobile WinPQ. Notre logiciel offre la possibilité de l’afficher en pourcentage par rapport au fondamental ou en dB(μV). Vous pouvez constater dans la mesure que plus les fréquences sont élevées, plus la valeur limite est basse. Dans cet exemple, des dépassements de limites peuvent être détectés.

Figure 4 : Valeurs limites de 2 à 150 kHz (en dB/µV)

Un autre exemple pratique a été réalisé dans une université de sciences appliquées. L’université dispose d’un vaste système solaire ainsi que de plusieurs stations de recharge pour les véhicules électriques. L’influence des véhicules électriques sur le réseau a été étudiée. Les clients et les différents fournisseurs d’énergie soupçonnaient que les différents véhicules n’étaient pas compatibles entre eux dans le réseau et qu’ils arrêtaient de charger en raison d’interférences mutuelles si un autre véhicule était chargé en parallèle.

La figure 5 montre la mesure d’un e-mobile à la station de charge. Le graphique montre une rétroaction du réseau à 10 kHz sur le courant. Il s’agit de la fréquence de commutation du contrôleur de charge du véhicule. Le graphique supérieur montre la rétroaction sur la tension via l’impédance du réseau. Dans notre cas, le niveau de tension est de 1,75 V. Comme nous l’avons déjà décrit : Les 10 kHz avec 1,75 V cherchent un consommateur par lequel ils peuvent se court-circuiter. En fait, les véhicules peuvent interférer les uns avec les autres de telle sorte que le processus de charge est interrompu. L’ensemble des mesures peut être consulté dans notre rapport d’application Chargement parallèle des véhicules électriques.

Figure 5 : Mesure d’un mobile électronique : tension et courant – niveau 10 kHz

Auteur
Jürgen Blum, Product Manager Power Quality Mobile

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