Worldlex Wiki La qualité de l'énergie électrique correspond au degré de conformité de la tension, de la fréquence et de la forme d'onde d'un système d'alimentation aux spécifications établies. Une bonne qualité d'énergie se caractérise par une tension d'alimentation stable, restant dans la plage prescrite, une fréquence alternative stable proche de la valeur nominale et une courbe de tension lisse (sinusoïdale ) . De manière générale, on peut considérer la qualité de l'énergie comme la compatibilité entre le courant fourni par une prise électrique et la charge qui y est branchée. Ce terme décrit l'énergie électrique alimentant une charge et la capacité de cette dernière à fonctionner correctement. Sans une alimentation adéquate, un appareil électrique (ou une charge) peut mal fonctionner, tomber en panne prématurément ou ne pas fonctionner du tout. Les causes d'une mauvaise qualité de l'énergie électrique sont nombreuses.
Le secteur de l'énergie électrique comprend la production d'électricité ( courant alternatif ), son transport et sa distribution jusqu'au compteur installé chez le consommateur final. L' électricité circule ensuite dans le réseau électrique de ce consommateur jusqu'à la charge. La complexité du système de transport de l'énergie électrique, du lieu de production au lieu de consommation, combinée aux variations météorologiques, de production, de demande et autres facteurs, multiplie les risques de dégradation de la qualité de l'approvisionnement.
Bien que l'expression « qualité de l'énergie » soit pratique pour beaucoup, c'est en réalité la qualité de la tension – et non celle de la puissance ou du courant électrique – qu'elle décrit. La puissance est simplement un flux d'énergie, et le courant demandé par une charge est en grande partie incontrôlable.
Introduction
La qualité de l'énergie électrique peut être décrite par un ensemble de valeurs de paramètres, tels que :
- alimentation électrique soit soumise à des chutes ou des surtensions en dessous ou au-dessus d'un seuil, provoquant ainsi des pannes de courant ou des baisses de tension )
- Variation de l'amplitude de la tension (voir ci-dessous)
- Tensions et courants transitoires
- Contenu harmonique des formes d'onde pour l'énergie alternative
Il est souvent utile de considérer la qualité de l'énergie comme un problème de compatibilité : l'équipement connecté au réseau est-il compatible avec les événements qui y surviennent ? Et l'énergie fournie par le réseau, y compris ces événements, est-elle compatible avec l'équipement connecté ? Les problèmes de compatibilité ont toujours au moins deux solutions : dans ce cas précis, améliorer la qualité de l'énergie ou rendre l'équipement plus résilient.
La tolérance des équipements de traitement de données aux variations de tension est souvent caractérisée par la courbe CBEMA , qui donne la durée et l'amplitude des variations de tension qui peuvent être tolérées.
Idéalement, la tension alternative est fournie par un fournisseur d'électricité sous forme sinusoïdale ayant une amplitude et une fréquence données par les normes nationales (dans le cas du réseau électrique ) ou les spécifications du système (dans le cas d'une alimentation électrique non directement connectée au réseau) avec une impédance de zéro ohm à toutes les fréquences .
Écarts
Aucune source d'énergie réelle n'est idéale et elles peuvent généralement présenter des écarts, au moins de la manière suivante :
Tension
- Les variations de la tension de crête ou de la tension quadratique moyenne (RMS) sont toutes deux importantes pour différents types d'équipements.
- Lorsque la tension RMS dépasse la tension nominale de 10 à 80 % pendant 0,5 cycle à 1 minute, l'événement est appelé « surtension ».
- Une « chute » (en anglais britannique) ou une « baisse » (en anglais américain ; les deux termes sont équivalents) est la situation inverse : la tension RMS est inférieure à la tension nominale de 10 à 90 % pendant 0,5 cycle à 1 minute.
- Des variations aléatoires ou répétitives de la tension efficace (RMS) entre 90 et 110 % de la valeur nominale peuvent engendrer un phénomène appelé « scintillement » dans les équipements d'éclairage. Le scintillement se manifeste par des variations rapides et visibles de l'intensité lumineuse. La définition des caractéristiques des fluctuations de tension à l'origine de ce scintillement indésirable fait l'objet de recherches continues.
- Augmentations de tension abruptes et très brèves, appelées « pics », « impulsions » ou « surtensions », généralement causées par la mise en marche de charges inductives importantes, ou plus gravement par la foudre .
- On parle de « sous-tension » lorsque la tension nominale chute en dessous de 90 % pendant plus d'une minute. Le terme « baisse de tension » décrit précisément les chutes de tension qui se produisent entre la pleine puissance (éclairage intense) et une coupure de courant (absence de courant et d'éclairage). Ce phénomène est dû à la baisse d'intensité, parfois importante, des ampoules à incandescence classiques lors de défauts ou de surcharges du réseau, lorsque la puissance disponible est insuffisante pour assurer un éclairage domestique optimal. Bien que ce terme soit couramment utilisé et ne dispose pas de définition formelle, il sert généralement à décrire une réduction de la tension du réseau par le fournisseur d'électricité ou le gestionnaire de réseau afin de diminuer la demande ou d'améliorer les marges d'exploitation du système.
- Une « surtension » se produit lorsque la tension nominale dépasse 110 % pendant plus d'une minute.
Fréquence
- Variations de fréquence .
- Impédance basse fréquence non nulle (lorsqu'une charge consomme plus de puissance, la tension chute).
- Impédance haute fréquence non nulle (lorsqu'une charge demande une grande quantité de courant, puis cesse soudainement de la demander, il y aura une chute ou une pointe de tension en raison des inductances dans la ligne d'alimentation).
- Les variations de la forme d'onde sont généralement décrites comme des harmoniques aux basses fréquences (généralement inférieures à 3 kHz) et comme une distorsion en mode commun ou des interharmoniques aux hautes fréquences.
Forme d'onde
- L'oscillation de la tension et du courant suit idéalement la forme d'une fonction sinus ou cosinus, mais elle peut être altérée par des imperfections dans les générateurs ou les charges.
- En général, les générateurs provoquent des distorsions de tension et les charges des distorsions de courant. Ces distorsions se manifestent par des oscillations plus rapides que la fréquence nominale et sont appelées harmoniques.
- La contribution relative des harmoniques à la distorsion de la forme d'onde idéale est appelée distorsion harmonique totale (THD).
- Un faible taux d'harmoniques dans une forme d'onde est idéal car les harmoniques peuvent provoquer des vibrations, des bourdonnements, des distorsions des équipements, ainsi que des pertes et une surchauffe des transformateurs.
Chacun de ces problèmes de qualité de l'énergie a une cause différente. Certains sont liés à l'infrastructure partagée. Par exemple, un défaut sur le réseau peut provoquer une chute de tension affectant certains clients ; plus le défaut est important, plus le nombre de clients touchés est élevé. Un problème chez un client peut engendrer une surtension qui affecte tous les autres clients du même sous-réseau. Des problèmes tels que les harmoniques apparaissent au sein même de l'installation du client et peuvent se propager sur le réseau et affecter d'autres clients. Les problèmes d'harmoniques peuvent être résolus par une combinaison de bonnes pratiques de conception et d'équipements de réduction éprouvés.
Conditionnement électrique
Le conditionnement de l'énergie consiste à modifier l'énergie électrique pour en améliorer la qualité.
Un système d'alimentation sans coupure (UPS) permet de couper l'alimentation secteur en cas de perturbation transitoire sur la ligne. Cependant, les UPS bas de gamme produisent un courant de mauvaise qualité, comparable à la superposition d'une onde carrée de fréquence plus élevée et d'amplitude plus faible sur une onde sinusoïdale. Les UPS haut de gamme utilisent une topologie à double conversion qui convertit le courant alternatif entrant en courant continu, charge les batteries, puis régénère une onde sinusoïdale alternative. Cette onde sinusoïdale régénérée est de meilleure qualité que le courant alternatif d'origine.
Un régulateur de tension dynamique (DVR) et un compensateur série synchrone statique (SSSC) sont utilisés pour la compensation de l'affaissement de tension en série.
Un parasurtenseur , un simple condensateur ou une varistance peuvent protéger contre la plupart des surtensions, tandis qu'un parafoudre protège contre les pics de tension importants.
Les filtres électroniques peuvent éliminer les harmoniques.
Réseaux intelligents et qualité de l'énergie
Les systèmes modernes utilisent des capteurs appelés unités de mesure de phase (PMU), répartis sur l'ensemble du réseau, pour surveiller la qualité de l'énergie et, dans certains cas, réagir automatiquement aux anomalies. Grâce à ces fonctionnalités de détection rapide et d'auto-réparation des anomalies, les réseaux intelligents promettent une énergie de meilleure qualité et une réduction des interruptions de service, tout en prenant en charge l'énergie provenant de sources intermittentes et de la production décentralisée , dont l'absence de contrôle dégraderait la qualité de l'énergie.
Algorithme de compression
Un algorithme de compression de la qualité de l'énergie est utilisé pour analyser la qualité de l'énergie électrique. Afin de fournir un service d'électricité de haute qualité, il est essentiel de surveiller la qualité des signaux électriques, également appelée qualité de l'énergie (QE), en différents points du réseau . Les gestionnaires de réseau électrique surveillent en permanence les formes d'onde et les courants à divers endroits du réseau pour comprendre les causes d'événements imprévus tels que les coupures de courant . Ceci est particulièrement crucial sur les sites où l'environnement et la sécurité publique sont menacés (hôpitaux, stations d'épuration, mines, etc.).
Défis
Les ingénieurs utilisent différents types d'appareils de mesure qui lisent et affichent les formes d'onde de la puissance électrique et calculent leurs paramètres. Ils mesurent, par exemple :
- courant et tension RMS
- relation de phase entre les formes d'onde d'un signal multiphase
- facteur de puissance
- fréquence
- distorsion harmonique totale (THD)
- puissance active (kW)
- puissance réactive (kVAr)
- puissance apparente (kVA)
- énergie active (kWh)
- énergie réactive (kVArh)
- énergie apparente ( 978-0-07-138622-7.
Littérature
- Meier, Alexandra von (2006). Systèmes d'énergie électrique : une introduction conceptuelle . John Wiley & Sons, Inc. ISBN978-0471178590.
- Heydt, GT (1991). Qualité de l'énergie électrique . Éditions Stars in a Circle. Bibliothèque du Congrès 621.3191. ISBN978-9992203040.
- Bollen, Math HJ (2000). Comprendre les problèmes de qualité de l'énergie : creux de tension et interruptions . New York : IEEE Press. ISBN0-7803-4713-7.
- Sankaran, C. (2002). Qualité de l'énergie . CRC Press LLC. ISBN978-0-8493-1040-9.
- Baggini, A. (2008). Manuel de la qualité de l'énergie . Wiley. ISBN978-0-470-06561-7.
- Kusko, Alex et Marc Thompson (2007). La qualité de l'énergie dans les systèmes électriques . McGraw Hill. ISBN978-0-07-147075-9.
- Chattopadhyay, Surajit ; Mitra, Madhuchhanda ; Sengupta, Samarjit (2011). Qualité de l'énergie électrique . Springer Science+Médias économiques . ISBN978-94-007-0634-7.