Impact sur le réseau

La qualité de la tension est influencée par différentes grandeurs qui sont dues aux installations de consommation et de production. Ces grandeurs sont généralement désignées comme des perturbations du réseau. Elles se manifestent sous forme de tensions harmoniques, de tensions à des fréquences interharmoniques, de scintillements, de variations de tension, de courbes de variation de tension, de fluctuations de tension qui influencent le niveau sinusoïdal ainsi que de déséquilibres de tension. Les niveaux de compatibilité maximaux admissibles des différentes perturbations du réseau sont réglementés et normalisés (entre autres) dans la norme DIN EN 61000-2-4 « Conditions ambiantes – Niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence dans les installations industrielles ». Cette norme est la base solide sur laquelle nous pouvons, à l’aide de notre savoir-faire et de notre portefeuille de produits structuré, garantir la sécurité et la conformité de votre alimentation en tension. Sur cette page, laissez-vous guider de manière informative, de la réaction du réseau ou du phénomène de tension jusqu’à l’outil Power Quality efficace, afin de trouver notre solution possible ou l’interlocuteur correspondant.

Conditionner les tensions

Les réseaux mondiaux d’approvisionnement en énergie connaissent des perturbations arbitraires des niveaux de tension qui entraînent de brèves interruptions des processus de fabrication ou de longs temps d’arrêt des installations de production.

Les normes et standards tels que EN 50160 ou EN 61000-2-4 définissent les limites de tension et les écarts admissibles. Dans le domaine du conditionnement des tensions, celles-ci dépendent toujours du niveau de tension et de la durée. Sur la base de cette classification, nous faisons la distinction entre les chutes de tension, les surtensions et les sous-tensions, le papillotement et les déséquilibres. Pour chacun de ces phénomènes, nous disposons d’un outil adapté qui nous permet de garantir en permanence une tension optimale, en particulier dans vos processus de production sensibles.

Einteilung der Oberschwingungsbereiche über ein gesamtes Frequenzband.

En raison des similitudes physiques entre les harmoniques en électrotechnique et les harmoniques en musique, nous avons essayé, avec ce court exemple vidéo, de présenter de manière audiovisuelle la superposition des harmoniques d’un sinus de 50 Hz.

Les harmoniques en général

Les perturbations du réseau sous forme d’harmoniques (oscillations avec un multiple de la fréquence fondamentale) représentent aujourd’hui un élément essentiel de l’influence sur la qualité de la tension. Les équipements présentant des caractéristiques U-I non linéaires ou un comportement non stationnaire entraînent l’absorption d’un courant non sinusoïdal qui, en raison de son injection contre l’impédance du réseau, provoque des chutes de tension non sinusoïdales et donc une distorsion de la tension d’alimentation. Les conséquences sont, entre autres, la destruction des équipements, l’influence sur le fonctionnement correct des commandes électroniques ou l’excitation de résonances critiques. Certes, des mesures appropriées permettent de réduire les émissions d’harmoniques, mais il n’est pas possible de les éliminer complètement. La norme CEI 61000-2-4, en tant que norme de référence pour les produits, prescrit des valeurs limites fixes pour la distorsion de tension maximale autorisée. En cas de dépassement de ces valeurs limites, les équipements et les processus peuvent être perturbés sans que la responsabilité du fabricant ne soit engagée, le droit à la garantie est donc supprimé. Dans de tels cas, le client doit assumer lui-même les coûts engendrés par exemple par les réparations et les pertes de production. En cas de défaillance de l’ensemble des processus de production, les coûts peuvent rapidement s’élever à un multiple de ce qu’auraient coûté les mesures appropriées prises en amont pour réduire la distorsion de tension à l’origine du problème. Il est donc de la responsabilité du client de s’assurer que les distorsions de tension existantes dans son réseau soient réduites à un niveau compatible avec la norme.

Sur toute la bande de fréquences – des basses fréquences aux hautes fréquences – les différents types d’harmoniques sont classés selon leurs caractéristiques physiques. À l’aide de cette classification, les distorsions sont séparées les unes des autres, analysées et le meilleur outil de notre boîte à outils PQ est attribué à chaque phénomène perturbateur.

Harmoniques sub-harmoniques (fréquences < 50 Hz) : les oscillations subharmoniques dans les réseaux d’alimentation électrique ne sont pas un phénomène inconnu. Il s’agit de fréquences naturelles qui apparaissent dans tous les systèmes vibrants. Dans le réseau d’alimentation électrique, elles décrivent la variation d’amplitude de la tension, influencée par exemple par la variation de charge, les régulateurs de tension ou les vibrations de torsion des grandes machines. Par le passé, elles ont conduit à l’atteinte des limites du système, voire à des dommages coûteux, principalement dans le réseau de transport. Dans les réseaux d’énergie actuels, les sous-harmoniques ne jouent plus aucun rôle.
Harmonische Oberschwingungen
(surtout les multiples naturels impairs de la vibration fondamentale jusqu’à 2 kHz) : Les harmoniques sont des oscillations dont les fréquences sont supérieures d’un multiple entier à celles de la vibration fondamentale. Elles apparaissent lorsque la tension électrique est déformée en raison de différents facteurs d’influence.
Inter-Harmonische Oberschwingungen
(fréquences entre les harmoniques) : Les interharmoniques ou harmoniques intermédiaires sont également des superpositions de l’onde fondamentale de 50 Hz, mais dont les fréquences correspondent à un multiple non entier de la fréquence fondamentale. Les distorsions de tension dans ces plages de fréquences sont souvent le signe d’une résonance du réseau existante.
Harmoniques supra-harmoniques – haute fréquence
(fréquences à partir de 2 kHz) : La part de l’électronique de puissance dans nos réseaux d’énergie ne cesse d’augmenter – grâce aux développements technologiques. Les dimensions physiques des composants électroniques de puissance utilisés aujourd’hui – comme les cartes de circuits imprimés pour les onduleurs et les redresseurs – continuent à être réduites. Il est ainsi possible de commuter le courant et la tension plus rapidement et à de nombreux niveaux différents. Cependant, cela augmente également les phénomènes de tension qui, en particulier dans la plage de fréquence haute fréquence / supraharmonique (> 2 kHz), sollicitent énormément les réseaux d’énergie, d’approvisionnement et industriels ainsi que les parcs d’énergie renouvelable.

Compenser les courants réactifs - en bref

La puissance réactive est générée par les équipements inductifs et capacitifs du réseau d’énergie. Dans les charges inductives, comme les moteurs, les enroulements génèrent un champ magnétique à chaque alternance sinusoïdale. Dans les équipements capacitifs, comme les câbles, un champ électrique est généré. Ces processus nécessitent du courant qui est stocké dans le champ sous forme d’énergie et qui est restitué lors du changement de demi-oscillation. Il en résulte un déphasage et le courant oscille entre la charge et la production sans être consommé (hormis les pertes en ligne). Ce courant dit réactif doit donc être mis à disposition par le fournisseur d’énergie et génère des coûts. D’un point de vue économique, il est judicieux pour les entreprises, à partir d’une certaine quantité d’énergie réactive achetée, de la compenser sur place au niveau de la charge afin de réduire les coûts.

Interférences de fréquence

Le courant qui sort de la prise n’est pas toujours de la même qualité. L’utilisateur d’appareils électriques ne le remarque généralement pas. Pour lui, il n’y a que deux états : il y a du courant ou il n’y en a pas, c’est-à-dire une panne de courant. Pourtant, un appareil de mesure permet de reconnaître facilement la qualité du courant. Elle se trahit en effet par la fréquence de la tension alternative. En temps normal, la tension électrique change de direction à une fréquence de 50 hertz. La variation temporelle du niveau de tension correspond à une courbe sinusoïdale bien formée. Dans toute l’Allemagne, voire dans toute l’Europe – du moins dans le réseau interconnecté européen UCTE – toutes les centrales électriques, les lignes de transport d’électricité et les appareils électriques fonctionnent de manière parfaitement synchronisée à ce même rythme de 50 Hertz, du moins en théorie. Dans la pratique, la fréquence du réseau n’est pas totalement stable, elle varie quelque peu. La fréquence de notre réseau d’approvisionnement en énergie, avec une qualité d’approvisionnement parfaite, est de 50 Hertz (Amérique = 60 Hertz). Plus la fréquence s’écarte de cette valeur normale, plus la qualité est mauvaise. Et cela peut avoir des conséquences dramatiques. Si la fréquence du réseau s’écarte trop de la valeur idéale, l’alimentation en tension risque de s’effondrer complètement – un black-out. Tant que l’on ne fournit pas soi-même son électricité à l’aide de générateurs ou d’une centrale électrique privée, on ne peut pas agir sur les perturbations de fréquence mentionnées. Le fournisseur d’énergie est le seul responsable de ce problème.