Applications pratiques de l'enregistrement de tension monophasée

Les installations de tout type, industrielles à commerciales en passant par les grandes installations résidentielles, ont souvent un problème en commun : le niveau et la stabilité de la tension. Que le problème mérite un dépannage ou non dépend de la sensibilité des charges du bâtiment et du degré de variation de la tension.

Par exemple, le niveau de tension peut devenir un problème dans une zone où se trouvent de nombreuses charges ou dans des bâtiments connectés au même raccordement de lignes électriques. Afin de maintenir la bonne tension en bout de ligne, le fournisseur d'électricité règlera habituellement la tension au-dessus de la valeur nominale. Au fur et à mesure que des charges sont ajoutées et perdues, la tension chute et augmente. Il se peut donc que la tension à l'entrée d'une zone augmente de plus de 10 % lorsque des charges sont perdues. Et lorsque des charges sont ajoutées, la tension peut diminuer de plus de 10 % en bout de ligne.

Fluke VR1710

La stabilité de la tension peut être un problème dans des zones où les charges démarrent et s'arrêtent pendant la journée. Les gros compresseurs, moteurs, machines à souder, fours à arc, condensateurs de correction de facteur de puissance et autres grosses machines électriques, ainsi que l'impédance du système peuvent facilement entraîner des baisses, des pics de tensions et des transitoires.

Dans les milieux industriels, les charges importantes feront fluctuer la tension lorsqu'elles s'activeront. Par exemple, le démarrage des moteurs peut entraîner des baisses de tension et les condensateurs de correction de facteur de puissance peuvent créer des transitoires de tension. Un grand four à arc peut faire chuter la tension lorsqu'il est mis en marche, ou encore des machines à souder peuvent créer des transitoires sur la ligne lorsqu'elles sont utilisées. Ces problèmes peuvent influer sur les systèmes de commande comme les API ou ordinateurs et autres équipements de bureau.

Les bâtiments commerciaux, en particulier les plus grands, connaissent eux aussi leurs problèmes de tension. Les systèmes de traitement de l'air et de climatisation sont essentiels à la sécurité et au confort des occupants. Le problème est que ces systèmes peuvent provoquer des baisses de tension ou des transitoires lorsqu'ils démarrent ou s'arrêtent (en particulier pendant les périodes de forte demande). Dans un bâtiment de bureaux en hauteur, des charges croissantes aux étages inférieurs entraîneront une faible tension aux étages supérieurs, ce qui touchera les ordinateurs, les photocopieurs et autres équipements électroniques de bureau.

Les hôpitaux d'aujourd'hui sont particulièrement vulnérables aux problèmes de tension. Les machines de radiographie, les tomodensitomètres, les équipements de radiothérapie et pratiquement tous les équipements d'analyse et de surveillance des patients sont sensibles aux problèmes de tension. Avant installation, nombre de ces éléments nécessitent la confirmation d'un niveau de source de tension stable et correct. Certains d'entre eux peuvent également entraîner des problèmes de tension pour d'autres systèmes, notamment les équipements de laboratoire, informatiques et de bureau.

Pour résoudre ces problèmes, la première étape, et la plus simple, consiste à se procurer un enregistreur de tension monophasé. Définissez l'intervalle, branchez-le sur le circuit en question, et laissez-le enregistrer. Ensuite, après que les charges suspectes se sont activées et désactivées sur une certaine période, téléchargez les données et utilisez le logiciel pour analyser la source de tension, ainsi que pour rechercher des harmoniques, des transitoires et autres problèmes potentiels. La discussion suivante implique l'utilisation d'un Enregistreur de tension Fluke VR1710 pour démontrer cette analyse.

Évaluer le circuit pour trouver le problème

Tension

Le Fluke VR1710 propose deux méthodes simples pour évaluer la stabilité de la tension. La première méthode est celle des graphiques de tension.

Fig. 1 Graphique de tension
Figure 1. Graphique de tension

Les graphiques de tension sont une manière très simple d'évaluer rapidement la stabilité et le niveau de tension. Par exemple, dans la Figure 1, la tension maximale est de 126 V et la tension minimale est d'environ 116,5 V. Aujourd'hui, les fournisseurs d'électricité tentent de maintenir la source de tension à ±5 % d'une valeur nominale de 120 V. L'aspect intéressant de cet aperçu est que l'effet de l'activation/désactivation des charges est rapidement visible. Dans certains lieux vous pouvez l'observer si des moteurs électriques tournent, des condensateurs de correction de facteur de puissance sont insérés ou retirés d'une ligne, des soudeurs travaillent ou d'autres charges importantes sont activées. La plupart de ces phénomènes sont dus aux charges triphasées qui peuvent toucher/toucheront la stabilité de la tension monophasée.

La seconde méthode est une analyse statistique pour évaluer la stabilité de la tension.

Fig. 2 Analyse statistique
Figure 2. Analyse statistique

Dans la vue Analyse statistique, la moyenne algébrique de la tension µ (moyenne), est présentée avec l'écart type σ. Les données de centile sont également d'un grand intérêt. Les tensions sont répertoriées lorsque 5 % et 95 % des données se produisent en dessous de la valeur. Par exemple, ici 5 % des relevés de tension sont en dessous de 120,8 V et 95 % des relevés de tension sont en dessous de 123,5 V. Un autre moyen de le constater est que 90 % des relevés se situaient entre 120,8 et 123,5 V. La tension minimale et maximale est représentée, ainsi que le pourcentage des relevés qui est hors des -15 % à +10 % (85 % à 110 %) de la tension nominale et ±10 % (90 % à 110 %) de la tension nominale.

Harmoniques

Les harmoniques continuent à être un problème pour le système électrique à cause du grand nombre d'appareils électroniques utilisés aujourd'hui. Dans les installations commerciales, industrielles et hospitalières se trouvent des ordinateurs, des systèmes de contrôle de l'environnement, des équipements de fabrication, des équipements de laboratoire et de traitement des patients qui produisent généralement des harmoniques. Les harmoniques qu'ils produisent sont dues à une distorsion de la forme d'onde du courant. Étant donné que les fournisseurs d'électricité délivrent une tension relativement propre et que le VR1710 ne mesure pas le courant, quel est l'avantage de rechercher les harmoniques de tension ? Gardez à l'esprit que tous les systèmes électriques ont une impédance caractéristique (résistance) basée sur la taille et la longueur de câble, les connexions, les protecteurs de circuits et les dispositifs de commutation. Lorsque les charges (courants) augmentent, des chutes de tension se produiront dans cette impédance. Si ces courants sont à des fréquences harmoniques, les chutes de tension produites seront également aux fréquences harmoniques, induisant donc une tension harmonique dans le système électrique. Cette distorsion de tension peut entraîner des problèmes dans les ordinateurs ou les autres appareils électroniques. Par exemple, si la distorsion de tension entraîne une tension de crête à 50 ou 60 Hz, la diminuer peut toucher les alimentations électriques des ordinateurs et autres équipements de bureau, ne leur permettant de fonctionner que par intermittence.

Voici un aperçu des harmoniques de tension dans un système où les courants de charge ont touché la tension.

Fig. 3 - Capture d'écran d'harmoniques
Figure 3. Harmoniques

Alors qu'il est difficile de prédire le moment où les harmoniques de tension poseront un problème, si elles sont un problème, des harmoniques de tension importantes peuvent indiquer le besoin de réaliser une étude plus poussée de la qualité du réseau électrique. Dans ce cas, l'analyse devrait être réalisée par un ÉnergiMètre qui évaluera à la fois la tension et le courant, comme le Fluke 435.

Flicker

Le papillotement est décrit de cette manière : « Le papillotement est l'impression d'instabilité de sensation visuelle induite par un stimulus lumineux dont la luminosité ou distribution spectrale fluctue avec le temps. » En résumé, les lumières papillonnantes peuvent aller d'une gêne bénigne à très irritante, parfois même au point d'entraîner des symptômes physiques chez l'observateur. Deux paramètres essentiels du papillotement sont le PST (papillotement à court terme) et le PLT (papillotement à long terme). Le PST est mesuré sur un intervalle de 10 minutes et la norme recommande un relevé inférieur à 1,0. Le PLT est mesuré sur une période de deux heures et la norme recommande un relevé inférieur à 0,8.

Capture d'écran de papillotement
Figure 4. papillotement

Fréquence

Le fournisseur d'électricité local délivre une fréquence stable à 50 ou 60 Hz, selon la fréquence d'alimentation. Cependant, que se passe-t-il si vous travaillez avec un générateur ? Les variations de charge peuvent faire changer les tpm et donc la sortie de fréquence. L'enregistreur de tension Fluke VR1710 est une manière simple de vérifier que le générateur entretient correctement sa sortie. En plus de la fréquence, l'appareil enregistre la tension, les baisses, les pics lorsque les charges changent et surveille également les transitoires de tension. Voici un graphique de fréquence :

Capture d'écran de fréquence
Figure 5. Graphique de fréquence

Transitoires

Le fait de mentionner les transitoires rappelle tout de suite la foudre. Cependant, il y a bien d'autres causes, allant de l'ajout de condensateurs de correction de facteur de puissance sur une ligne aux gros moteurs électriques jusqu'aux fers à souder. Le Fluke VR1710 enregistre les événements de tension à 100 µs avec la forme d'onde AC. Il devient donc facile de voir où l'événement s'est produit sur la forme d'onde, de quel type d'événement il s'agissait, et son niveau de tension.

Résumé

De nos jours, avec la sensibilité accrue des charges électriques, vérifier la qualité de la tension est devenu une nécessité. Avec un enregistreur de tension laissé sur place comme le Fluke VR1710, vous pouvez enregistrer les principaux paramètres de tension, les analyser après les faits avec le logiciel Fluke Power Log et imprimer un rapport.