Mesure des distorsions de tension dans les réseaux industriels avec la PQ-Box 50

Services et analyses de la qualité de l’énergie avec la PQ-Box 50

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La fiabilité de l’alimentation électrique de toute installation industrielle est d’une grande importance, car un arrêt de la production équivaut à une perte d’argent. Il est donc important de détecter les perturbations dans le système de manière rapide et fiable. Ce rapport montre un exemple de dépannage avec l’analyseur de qualité d’énergie PQ-Box 50. La mesure a été effectuée sur un site basse tension (ligne triphasée 230 V vers neutre) d’une installation industrielle.

L’usine souffrait de pannes occasionnelles causées par des déclenchements intempestifs de disjoncteurs. Une mesure doit déterminer la cause du déclenchement des disjoncteurs.

Paramétrage de la PQ-Box 50

Le logiciel WinPQ mobil fournit plusieurs modèles pour le paramétrage des appareils en environnement industriel:

  • IEC 61000-2-4 Class 1, 2, 3
  • IEC 61000-2-2

Dans un système basse tension, le type de réseau standard est à 4 fils (TN-C), mais dans certaines applications spéciales, il est possible de faire face à des systèmes delta isolés (IT) comme le montre la figure 1.

Figure 1 : Grille d’un réseau à 4 fils et d’un réseau delta

Les modèles de normes fournissent une vue d’ensemble des seuils pour tous les paramètres de qualité de l’énergie comme la fréquence, les variations de tension et les harmoniques. L’utilisateur peut adapter toutes les valeurs.

Figure 2 : Vue des paramètres pour l’évaluation standard

Connexion au point de mesure

Pour la connexion au point de mesure, les PQ-Box offrent une variété d’équipements de mesure du courant. La PQ-Box détecte automatiquement le type d’équipement et aucun autre réglage n’est nécessaire. Lors de la mesure sur le côté secondaire des TC, nous recommandons d’utiliser des pinces de courant miniatures. Le facteur de transduction du TC externe doit être réglé dans les paramètres généraux de l’appareil.

Bobines de Rogowski (111.7001) pour la mesure du courant continu en basse tension 1…3000 A
Mini pinzas (111.7015) para medida en
lado secundario de los TC en media y alta tensión

Pour les mesures sur le côté secondaire des TC, il est recommandé d’utiliser des pinces de courant miniatures. Le facteur de transduction du TC externe doit être réglé dans les paramètres généraux de l’appareil. Les fils de tension de PQ-Box peuvent être connectés directement à la barre de bus (<1000 V) ou au côté secondaire du TC à l’aide des sondes de tension dauphines ou magnétiques incluses. En appuyant sur le bouton « play » de la PQ-Box ou via le logiciel WinPQ mobil, l’enregistrement démarre. Comme les perturbations ne se produisent pas tous les jours, nous recommandons toujours une mesure à long terme sur une période d’une semaine.

Les principaux problèmes dans le réseau d’alimentation électrique sont dus à des fluctuations de tension et à des creux dans le réseau. Afin de détecter les problèmes dans le réseau et d’en déterminer la cause exacte, il convient d’effectuer des mesures jusqu’à ce que la perturbation se reproduise. Les valeurs extrêmes de tension et les valeurs maximales de courant sont déterminées avec l’intervalle de mesure le plus court possible et enregistrées sur une longue période. L’intervalle de mesure le plus court possible est une demi-onde sinusoïdale (10 ms à 50 Hz). La PQ-Box 50 est équipée d’une grande mémoire (1 GByte) et enregistre plus de 2500 valeurs de mesure différentes en parallèle sur de longues périodes allant jusqu’à un an.

Évaluation des données

Après avoir chargé un fichier de mesure, le logiciel WinPQ mobil propose un certain nombre d’options d’évaluation automatique des normes :

  • Générer un rapport automatique selon EN 50160, IEC61000-2-2 ou IEC61000-2-4
  • Générer un rapport sur les harmoniques de tension
  • Générer un rapport sur les harmoniques de courant
Figure 3 : Rapport conforme à la norme EN 50160

Le graphique d’ensemble des données de mesure montre 3 enregistrements d’oscilloscope (fréquence d’échantillonnage de 20 480 Hz), trois enregistrements de perturbations de 10 ms RMS, ainsi que les dépassements des limites de qualité de l’énergie. Les lignes de démarcation blanches indiquent le changement de jour dans chaque cas. Il y a donc eu une perturbation dans le réseau au cours des trois premiers jours de la mesure, que la PQ-Box 50 a détectée et enregistrée automatiquement à l’aide d’enregistreurs rapides. La figure 4 montre les valeurs extrêmes (minimum) des tensions UL1, UL2 et UL3. Trois chutes de tension importantes se sont produites au cours de la période de mesure. La fonction de marquage montre les valeurs les plus basses à environ 129 V.

Figure 4: Extreme values view (cyclic data)

Pour l’étape suivante de l’évaluation, nous recommandons de passer à la vue de l’enregistreur de perturbations. Il est possible d’accéder à la vue de l’enregistreur par deux chemins :

  • Accès à la vue de l’enregistreur de perturbations par un clic gauche sur le symbole de l’enregistreur dans la ligne de temps, voir figure 5
  • Accès à la vue de l’enregistreur de perturbations par le menu de gauche, voir figure 6

Figure 5 : Symbole de l’enregistreur dans la ligne de temps
Figure 6 : Menu de gauche

Évaluation des enregistreurs de perturbations à demi-cycle déclenché

Si les valeurs limites fixées sont dépassées ou inférieures, la PQ-Box 50 démarre en outre des enregistreurs à différents taux d’échantillonnage. La figure 7 montre un enregistrement de 10 ms rms d’un creux de tension. Une augmentation du courant du système connecté de 1 000 A à 1 980 A peut être détectée. La tension a chuté à 132,796 V pendant ce creux.

Un creux de tension selon la norme DIN EN 50160 se produit lorsque la tension d’alimentation chute à une valeur inférieure à 90 % de la tension nominale ou à 90 % de la tension convenue (réseau MT). Dans le cas d’un creux de tension, la tension résiduelle est supérieure à 1 %. Dans les autres cas, on parle d’interruption de tension.

Figure 7 : Creux de tension et réaction du courant de charge

Trouver la source du problème

L’augmentation du courant de 1000 A à 1980 A pourrait-elle provoquer une chute de tension ? – Non, cela ne serait pas explicable à ce niveau par l’impédance du réseau. De plus, l’évolution des tensions ne correspond pas exactement à l’évolution des courants comme cause. Au moment de la valeur maximale du courant, la tension n’avait pas atteint sa valeur minimale.

La cause des chutes de tension est donc à rechercher dans le réseau du fournisseur d’électricité en amont. Les chutes de tension dans les réseaux d’alimentation électrique sont des événements imprévisibles et, dans la plupart des cas, inévitables. Les systèmes et équipements sensibles doivent être protégés contre ces chutes de tension par des mesures prises par le client. La plus grande partie de ces perturbations se situe dans une plage de temps inférieure à 1 seconde.

Explication de la réaction de la charge

Dans ce cas, les machines connectées ont essayé de compenser la baisse de tension par une augmentation du courant afin de maintenir leur puissance de sortie à un niveau constant. Comme le courant à la fin du défaut n’était que de 350 A, la chute de tension a évidemment provoqué l’arrêt de nombreuses parties de l’installation industrielle. En raison de l’augmentation du courant sur les phases L1 et L2 à près de 2000 A, un disjoncteur a correctement mis l’usine de production hors service. Quelques consommateurs sont restés en service, ce qui explique le courant de 350 A après le défaut.

Exemple d’une charge comme cause d’une chute de tension

À titre d’illustration, la figure 8 présente une autre mesure, où le consommateur, un moteur d’entraînement de 4 MW, est à l’origine de la chute de tension dans un réseau moyenne tension de 6 kV.

Figure 8 : Exemple de chute de tension causée par le courant de la charge

Dans cet exemple de mesure, le courant du moteur est clairement la cause de la chute de tension dans le réseau. Le creux de tension suit la courbe de courant. Pour pouvoir enregistrer le démarrage complet du moteur d’un entraînement de cette puissance, l’analyseur de puissance doit être capable d’enregistrer de très longs enregistrements de défauts.

Remarque : les enregistreurs peuvent être configurés pour enregistrer jusqu’à 600 secondes avec une résolution de 10 ms, avec un choix libre de pré et post-historique dans toutes nos PQ-Box. La longueur de l’enregistrement de défaut de la figure 8 est de 100 secondes.

Évaluation de l’enregistrement oscilloscopique

L’image de l’oscilloscope permet d’illustrer les points d’échantillonnage des canaux d’entrée. La durée d’enregistrement et l’historique peuvent être réglés librement pour tous les enregistreurs de la PQ-Box 50. La figure 9 illustre les tensions UL1, UL2, UL3 et les courants IL1, IL2, IL3 de l’image précédente sous forme d’image d’oscilloscope avec un échantillonnage de 20,48 kHz sur une période de 500 ms. Ce graphique donne des informations supplémentaires sur la forme d’onde de la tension et du courant. Il est possible de voir les événements transitoires avec cette visualisation.

Figure 9 : Vue oscilloscopique avec axes divisés

Remarque : toutes les visualisations peuvent être imprimées ou exportées au format PDF, y compris les commentaires et les curseurs.

Dans certains cas, il est utile d’analyser le courant et la tension des phases individuelles avec une ligne zéro synchrone, afin de détecter les déphasages entre le courant et la tension pendant la durée du défaut. La figure 10 donne un exemple de ce type d’évaluation.

Résumé

  • Les modèles de paramètres pour les réseaux industriels et la détection de la pince de courant facilitent la configuration et l’installation de la PQ-Box sur le site de mesure.
  • Le rapport EN 50160, facile à générer, fournit une vue d’ensemble de tous les paramètres de qualité de l’énergie.
  • Les données cycliques de la PQ-Box contiennent des valeurs extrêmes de tension, de courant et de puissance, qui peuvent être utilisées pour trouver les moments critiques de la période de mesure.
  • Les enregistrements de perturbations (10 ms et données oscilloscopiques) sont déclenchés par des violations des limites normatives et fournissent des informations détaillées sur le comportement de la charge et du réseau.

Auteur
Jürgen Blum, Chef de produit Power Quality Mobil

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