Analyse Power Quality : Conseils & Astuces – Partie 2 | A. Eberle
Conseils pratiques pour l'utilisation des appareils de mesure Power Quality et pour éviter les erreurs courantes des utilisateurs.
Bases théoriques
Lors de l’utilisation d’analyseurs de réseau portables, la question se pose souvent de savoir comment alimenter l’appareil de mesure, étant donné que des prises de courant sont rarement disponibles à proximité. Cette situation se présente aussi bien au niveau des raccordements domestiques que des armoires de distribution extérieures ou, comme dans l’exemple ci-dessous, au niveau d’un poste de transformation en béton.
Figure 1 : Mesure en extérieur avec un PQ-Box 150
Une possibilité consiste à raccorder directement l'appareil de mesure via les prises de tension du point de mesure. Il est toutefois important de veiller à ce que la tension appliquée corresponde aux caractéristiques techniques du bloc d'alimentation, car la plage de mesure des appareils est généralement plus large que ce que l'alimentation peut supporter.
Les alimentations des PQ-Box peuvent fonctionner entre 100 et 500 volts AC ou DC. Lorsqu'elles sont utilisées dans un réseau industriel de 690 V, il convient de vérifier que la tension n'est pas trop élevée, sous peine d'endommager l'appareil ou son alimentation.
Une tension trop faible peut également être nuisible aux alimentations à découpage, car celles-ci peuvent être soumises à une surcharge thermique en raison de l'augmentation du courant absorbé. Il est donc essentiel de tenir compte de la tension d'alimentation correcte lors du raccordement des appareils aux tensions de mesure.
Lors de mesures sur des transformateurs de tension dans un réseau moyenne tension, les appareils de mesure pourraient théoriquement être alimentés par une tension de 100 V provenant du secondaire du transformateur de tension, mais cette pratique n'est pas recommandée.
Il convient de noter que les alimentations à découpage génèrent des harmoniques. Ces harmoniques de courant provoquent à leur tour des harmoniques de tension lorsque le transformateur de tension est fortement chargé, ce qui peut fausser les résultats d'une évaluation de la qualité de la tension.
Pour une simple mesure de puissance, l'alimentation des appareils via des transformateurs de moyenne tension peut néanmoins être envisagée.
Figure 2 : Vérifiez avant la mesure que toutes les tensions sont raccordées correctement
Avant de démarrer un enregistrement d'une semaine, il est important de vérifier que toutes les tensions et tous les courants sont correctement raccordés. Cette vérification peut être effectuée très facilement à l’aide de l’écran de l’appareil de mesure.
Lors de l’utilisation de pinces ampèremétriques, veillez à ce qu’elles soient toujours parfaitement fermées, car même une faible ouverture peut entraîner des erreurs de mesure importantes.
Une puissance active négative indique que l’installation réinjecte de l’énergie dans le réseau, tandis qu’une puissance active positive signifie que l’installation prélève de l’énergie du réseau. Si le sens de circulation de l’énergie ou le signe de la puissance n’est pas correct, cela signifie que la pince ampèremétrique a été installée dans le mauvais sens et doit être tournée de 180°.
Si l’affectation des tensions et des courants ne correspond pas à la phase correcte du réseau, cela peut être facilement identifié à l’aide du diagramme vectoriel en ligne ou de l’angle de phase affiché entre la tension et le courant.
Mesure du courant sur des conducteurs en faisceau
Figure 3 : Mesure du courant sur des conducteurs en faisceau
Lors de la mesure des courants sur des conducteurs en faisceau (dans ce cas, 12 conducteurs individuels par phase), il faut tenir compte du fait que la répartition du courant entre les différents conducteurs peut être très asymétrique.
Il n'est donc souvent pas possible de placer la bobine Rogowski autour d'un tiers seulement du faisceau de câbles et de multiplier ensuite simplement la valeur mesurée par trois.
Une alternative consiste à utiliser des bobines Rogowski d'une longueur suffisante afin qu'elles puissent entourer l'ensemble du faisceau de conducteurs.
Figure 4 : Analyse spectrale FFT jusqu'à 20 kHz
Mon appareil de mesure est-il capable de détecter la perturbation haute fréquence recherchée ?
Une analyse FFT a été réalisée afin de détecter les fréquences, les harmoniques et les fréquences de commutation présentes dans le réseau électrique local. Ce réseau fait l'objet de nombreuses plaintes de la part des clients.
Les réclamations les plus fréquentes concernent des défaillances d'équipements, des dysfonctionnements d'appareils ainsi que des sifflements provenant d'équipements électriques ou de transformateurs de sonnette.
Dans cet exemple, ce sont principalement les fréquences suprharmoniques qui ressortent clairement.
Figure 5 : Le bon PQ-Box pour chaque plage de fréquences
La norme EN 50160 n'apporte qu'une aide limitée pour l'évaluation des perturbations identifiées dans la plage des suprharmoniques. Cette norme se limite à l’évaluation des harmoniques jusqu’au 25e harmonique. Au-delà de 1 250 Hz, aucun niveau de compatibilité n’est défini.
En comparaison, la norme CEM IEC 61000-2-2 fixe des limites et des niveaux de compatibilité pour les réseaux publics basse tension jusqu’à 150 kHz.
L’appareil de mesure ainsi que les pinces de courant utilisées doivent être capables de détecter la perturbation recherchée. Prenons comme exemple le PQ-Box 100, représenté à la figure 6. Celui-ci fonctionne avec une fréquence d’échantillonnage de 10,24 kHz et ne serait donc pas capable de détecter une perturbation à 10 kHz. Sa bande passante est en effet limitée à 5 kHz.
Pour enregistrer ce type de perturbation, les PQ-Box 150 à PQ-Box 300 sont mieux adaptés. Ces appareils fonctionnent avec des fréquences d’échantillonnage comprises entre 20 kHz et plus de 400 kHz.
La figure 7 a été réalisée à l’aide d’un PQ-Box 200 et montre le signal de perturbation dans l’affichage oscilloscopique.
Figure 6 : Enregistrement oscilloscopique réalisé avec un PQ-Box 100 (10 kHz)
Un enregistrement oscilloscopique réalisé avec un PQ-Box 100 est utilisé ici comme exemple. Il montre une onde sinusoïdale parfaite.
Figure 7 : Enregistrement oscilloscopique au même point de mesure avec un PQ-Box 200 (40 kHz)
À titre de comparaison, des mesures ont été effectuées au même point de mesure à l’aide d’un PQ-Box 200 avec une fréquence d’échantillonnage de 40 kHz (figure 7). Dans ce cas, la perturbation de 10 kHz apparaît clairement sous la forme d’une répercussion sur le réseau avec un niveau de 1,7 volt. Cette perturbation est à l’origine des problèmes rencontrés par différentes charges raccordées.
Paramètres de déclenchement
Lorsqu’il s’agit de déterminer quelles données doivent être enregistrées par un analyseur Power Quality, il est important de choisir soigneusement le critère de déclenchement.
Dans la plupart des cas, une valeur seuil est définie afin de déclencher l’enregistrement rapide des événements, par exemple lorsqu’une tension ou un courant descend en dessous ou dépasse une certaine limite. Ce réglage permet d’enregistrer les creux de tension du réseau ou les courants de démarrage des machines sous forme de capture d’oscilloscope ou à l’aide de l’enregistreur demi-période.
Figure 8 : Configuration de l’historique avant et après les événements de déclenchement
Afin d’identifier la cause des défaillances d’installations ou de consommateurs, il peut être utile de configurer un déclenchement lorsque le courant passe en dessous d’un certain seuil.
Comme le critère de déclenchement n’est généralement atteint qu’au moment où l’installation tombe en panne, il est indispensable de disposer d’un historique suffisamment long pour permettre une analyse ultérieure.
Tous les PQ-Box permettent d’enregistrer jusqu’à 600 secondes d’historique avant déclenchement. Ainsi, l’analyse des données de mesure sur une longue période précédant la défaillance permet d’identifier la véritable cause du problème.
Figure 9 : Exemple d’un enregistreur demi-période lors de la défaillance d’une installation de cogénération avec un long historique avant la perturbation
Dans cet exemple, une analyse du réseau a été réalisée sur une installation de cogénération (CHP) qui tombait en panne plusieurs fois par semaine.
Un critère de déclenchement clair apparaissant lors de l’arrêt de l’installation est le passage du courant en dessous d’une certaine valeur seuil. Le courant nominal de l’installation était de 70 A. Une valeur de 60 A a été définie comme seuil de déclenchement.
Lorsque le courant de l’installation passe sous cette valeur, le PQ-Box enregistre dans cet exemple 100 secondes d’historique avant la perturbation ainsi que 20 secondes d’historique après la perturbation.
Grâce à ce long historique précédant la défaillance, il a été possible d’identifier la véritable cause de la perturbation.
Auteur: Jürgen Blum, Product Manager Power Quality Mobil