Power Quality (Qualité de l’énergie)
Qu’est-ce que c’est et pourquoi est-ce important ?
Une bonne Power Quality (qualité de l’énergie) se caractérise par le fait que la tension électrique réellement reçue par le consommateur correspond à la tension et à la qualité garanties par le gestionnaire de réseau ou le fournisseur d’énergie.
Plusieurs facteurs influencent la qualité de l’énergie :
- Les moyens de production d’électricité et la structure du réseau de distribution
- La transmission et la distribution de la tension électrique
- Les influences des consommateurs et des installations raccordées
La fiabilité de l’alimentation électrique dépend de la capacité du réseau de distribution à assurer sa mission d’approvisionnement pendant une période donnée. Les technologies de mesure modernes, telles que les analyseurs de qualité de l’énergie portables ou fixes, contribuent de manière essentielle au maintien de la qualité de l’énergie dans les réseaux basse tension.
Sans ces instruments de mesure, il serait impossible d’évaluer correctement la qualité des différents paramètres de tension ou d’identifier avec précision les causes des perturbations du réseau.
Le maintien de la qualité de l’énergie au point de raccordement est défini avec précision dans diverses normes et directives, telles que DIN EN 50160, VDE-AR-N 4120 et IEC 61400-21. Ces normes s’appliquent à la production, à la consommation et à la distribution de l’électricité et constituent la base des contrats de raccordement au réseau.
Pour déterminer les distorsions harmoniques et le facteur THD (Total Harmonic Distortion), des équipements spécialisés de mesure de la qualité de l’énergie sont nécessaires. Ces appareils calculent les principaux paramètres de qualité de l’énergie électrique à partir des signaux de tension et de courant mesurés.
En outre, ces instruments jouent un rôle essentiel dans l’analyse des défauts. Ils permettent d’identifier les harmoniques qui affectent négativement les composants électroniques et peuvent réduire considérablement la durée de vie des installations et des équipements. Ainsi, les analyseurs de qualité de l’énergie contribuent non seulement à détecter les problèmes, mais aussi à améliorer la fiabilité, l’efficacité et la longévité des systèmes électriques.
Critères d’évaluation de la qualité de l’énergie
Causes et conséquences d’une mauvaise qualité de l’énergie
Critères d’évaluation de la Power Quality
- Déviation de fréquence
- Creux de tension (Voltage Dip)
- Surtension temporaire (Voltage Swell)
- Distorsion harmonique totale (THD) / Harmoniques
- Variation rapide de tension (RVC)
- Flicker (papillotement)
- Déséquilibre de tension
- Interruption de l’alimentation électrique
Déviation de fréquence
Les déviations de fréquence sont évaluées sur la base de la fréquence moyenne du réseau mesurée sur une période de 10 secondes.
Les écarts admissibles dépendent du type de réseau électrique :
- Réseaux synchronisés : ±1 % (±0,5 Hz)
- Réseaux isolés : ±2 % (±1 Hz)
Les fortes déviations de fréquence sont généralement causées par la déconnexion soudaine de charges importantes ou d’installations de production. Une déviation excessive peut entraîner une perte de synchronisation des moteurs et des générateurs et provoquer des dommages matériels.
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Creux de tension (Voltage Dip)
Diminution temporaire de la valeur efficace de la tension en dessous d’un seuil prédéfini à un point spécifique du réseau électrique. Un creux de tension peut être provoqué par le raccordement de charges.
Définition des termes
- Valeur extrême : valeur minimale de la tension mesurée sur 10 ms pendant l’événement [V]
- Durée : différence de temps entre la sortie et le retour dans la plage de tension nominale [ms]
Surtension temporaire (Voltage Swell)
Augmentation temporaire de la valeur efficace de la tension au-dessus d’un seuil prédéfini à un point spécifique du réseau électrique. Une surtension temporaire peut être provoquée par la déconnexion de charges.
Définition des termes
- Valeur extrême : valeur maximale de la tension mesurée sur 10 ms pendant l’événement [V]
- Durée : différence de temps entre la sortie et le retour dans la plage de tension nominale [ms]
Distorsion harmonique totale (THD) / Harmoniques
Rapport entre la somme des valeurs efficaces (RMS) de toutes les harmoniques et la valeur efficace de la fréquence fondamentale. La valeur THD indique le niveau global de distorsion causé par des charges non linéaires.
Causes
Les charges non linéaires peuvent déformer la forme sinusoïdale de la tension du réseau.
Selon le type de charge, certaines harmoniques sont particulièrement prononcées :
- Les charges triphasées, telles que les moteurs synchrones/asynchrones ou les redresseurs B6, génèrent principalement les 5e, 7e, 11e et 13e harmoniques.
- Les charges monophasées basse tension affectent souvent les multiples de trois (15e, 21e et 27e harmoniques).
Une harmonique est enregistrée comme événement de qualité de l’énergie lorsque la moyenne de son amplitude sur 10 minutes dépasse la limite fixée par la norme. L’événement indique l’ordre de l’harmonique ainsi que le dépassement de la limite en %.
Des niveaux excessifs d’harmoniques de tension peuvent provoquer des dysfonctionnements, une surchauffe, des défaillances d’équipements électriques ainsi qu’une augmentation du bruit.
Variation rapide de tension (RVC)
Une variation rapide de tension (Rapid Voltage Change – RVC) est relativement fréquente dans les réseaux électriques et est principalement causée par des variations de charge chez les utilisateurs ou par des manœuvres de commutation dans le réseau.
L’événement est caractérisé par le passage de la tension d’un état stable à un autre état stable.
Les paramètres suivants sont enregistrés :
- La durée de la transition
- L’écart maximal de tension pendant la transition
- La variation permanente de tension entre les deux états stables
Les variations rapides de tension ont généralement peu d’impact sur les équipements électriques. Toutefois, des événements RVC fréquents peuvent entraîner une augmentation du niveau de flicker.
Flicker (Papillotement)
Le flicker est une mesure de l’intensité des fluctuations périodiques de tension dans le réseau électrique, provoquant une variation visible de la luminosité des lampes.
Selon la méthode de mesure définie dans la norme DIN EN 61000-4-15, ces fluctuations sont calculées comme une grandeur sans dimension et moyennées sur deux intervalles de temps :
- Pst (Perceptibility Short-Term) : intervalle de 10 minutes
- Plt (Perceptibility Long-Term) : intervalle de 2 heures
Causes
Les principales causes sont :
- Les fluctuations périodiques de puissance dans un réseau à forte impédance (réseau faible)
- Les courants harmoniques élevés
- Les interactions entre différentes charges
Les événements de qualité de l’énergie tels que les creux et surtensions temporaires (dip/swell) entraînent également fréquemment un dépassement des limites de flicker. Dans ce cas, ces événements peuvent être ignorés.
Importance pour l’évaluation EN 50160
La norme EN 50160 ne fixe aucune limite concernant le nombre d’événements Pst ou Plt. Seules les statistiques hebdomadaires du flicker à long terme Plt, calculé sur des intervalles de 2 heures, sont évaluées.
Déséquilibre de tension
Le déséquilibre de tension est une mesure de la répartition inégale des charges dans un système triphasé.
Il peut se traduire par :
- Des amplitudes différentes ΔU entre les phases
- Un écart d’angle Δϕ différent de 120° entre les tensions composées
- Le calcul du déséquilibre est basé sur les moyennes de 10 minutes des composantes symétriques du système de tension mesuré. La valeur du déséquilibre [%] est calculée à partir du rapport entre la composante inverse et la composante directe.
Causes
- Les problèmes de symétrie se produisent principalement dans les réseaux basse tension et sont causés par :
- Des charges monophasées ou biphasées mal réparties
- Des installations de production décentralisées
Dans les réseaux moyenne et haute tension, les déséquilibres peuvent être provoqués par des fours à fusion ou des lignes de transport non transposées.
Importance pour l’évaluation EN 50160
- La norme EN 50160 ne prévoit pas de limite concernant le nombre d’événements de déséquilibre de tension. Seules les statistiques hebdomadaires calculées sur des intervalles de 10 minutes sont évaluées.
- La valeur limite est généralement de 2 %
Onderbreking van de stroomvoorziening
Une interruption de l’alimentation électrique se caractérise par une chute de tension sur toutes les phases à moins de 5 % de la tension nominale.
On distingue :
- Les interruptions programmées et non programmées
- Les interruptions de courte durée (jusqu’à 3 minutes)
- Les interruptions de longue durée (plus de 3 minutes)
Causes
- Les interruptions peuvent être causées par :
- Des dommages aux lignes de transport ou de distribution dus à des phénomènes naturels
- Des opérations de commutation planifiées dans le réseau
- Le déclenchement de dispositifs de protection ou de disjoncteurs (circuit breakers)
