Résoudre les problèmes les plus courants de qualité du réseau électrique

Les outils et astuces pour les problèmes de distorsion de tension et d'harmoniques

Le dépannage est un processus systématique de découverte et d'élimination de problèmes. Pour un œil novice, les problèmes des systèmes de distribution électrique peuvent ne pas être reconnus comme problèmes de qualité du réseau électrique. Par exemple, un disjoncteur thermomagnétique déclenché indique habituellement un court-circuit, un défaut de terre ou une surcharge. Lorsqu'aucun problème immédiat n'est manifeste, il peut être décrit comme « juste un vieux disjoncteur qui doit être remplacé ».

Au lieu de cela, le technicien ou l'ingénieur chargé de la qualité du réseau électrique se dit : « On devrait regarder les types de charges sur le système et surveiller les harmoniques. On devrait surveiller les déséquilibres.»  

Connaître et reconnaître les symptômes de qualité du réseau électrique les plus communs et la manière de les dépanner est une première étape de résolution des problèmes de qualité du réseau électrique.

De quels outils avez-vous besoin pour la tâche ?

Comme pour n'importe quelle tâche de dépannage, vous devez avoir les bons outils. Lorsqu'il s'agit de dépannage de la qualité du réseau électrique, ces outils peuvent ne pas être ceux que vous pensez.

D'abord, vous devez avoir un bon ensemble de schémas à jour.  Ensuite, utilisez un ÉnergiMètre pour mesurer et enregistrer les paramètres spécifiques associés à la qualité du réseau électrique. D'autres outils, comme un enregistreur de données, une caméra infrarouge, un thermomètre infrarouge, et un multimètre numérique enregistreurpeuvent également vous aider au dépannage.

ÉnergiMètre et analyseur de qualité du réseau électrique Fluke 435 série II
Un ÉnergiMètre et analyseur de qualité du réseau électrique Fluke 435 série II en cours d'utilisation. Les ÉnergiMètres font partie des outils nécessaires pour dépanner les problèmes de qualité du réseau électrique.

Quels types de problèmes découvrirez-vous ?

Les problèmes courants de qualité du réseau électrique sont regroupés en deux grands domaines : les anomalies de tension et les problèmes de distorsion harmonique. Les anomalies de tension peuvent occasionner plusieurs problèmes, dont beaucoup peuvent facilement être corrigés. La clé est d'identifier les symptômes.

Les creux ou baisses de tension sont responsables de 80 % maximum de tous les problèmes de qualité du réseau électrique. Une baisse ou un creux survient lorsque la tension du système chute à 90 % ou moins de la tension nominale du système pendant un demi-cycle à une minute. Les symptômes communs des baisses sont : la réduction de la luminosité des lampes à incandescence si la baisse dure plus de trois cycles, les blocages d'ordinateurs, les arrêts intempestifs d'équipements électroniques sensibles, la perte de données (mémoire) sur des commandes programmables et des problèmes de contrôle de relais.

Pour résoudre de potentiels problèmes de baisse, commencez par surveiller au niveau de la charge où les symptômes de baisse se produisent en premier. Comparez le moment de la défaillance opérationnelle de l'équipement avec le moment où la baisse de tension s'est produite. S'il n'y a pas de corrélation, la baisse de tension n'est probablement pas le problème. Continuez le dépannage en surveillant plus loin en amont jusqu'à localiser la source. Utilisez les schémas unifilaires de l'usine pour vous aider à déterminer si le démarrage de gros moteurs crée la baisse ou s'il y a d'autres augmentations soudaines de demande de courant dans l'installation.

Les pics ou surtensions surviennent environ moitié moins souvent que les baisses. Cependant, les augmentations de tension du système pendant de courtes périodes jusqu'à un cycle ou plus peuvent occasionner des problèmes. Comme avec tous les problèmes de qualité du réseau électrique, vous devez surveiller des paramètres pendant une certaine période, puis observer et interpréter.

Les symptômes de pics provoquent souvent une défaillance immédiate d'un équipement, généralement de la section alimentation électrique de l'électronique. Cependant, certaines pannes d'équipements peuvent ne pas se produire immédiatement, car les pics de tension peuvent survenir sur une certaine période et faire défaillir prématurément des composants. Si l'analyse de l'équipement électronique révèle des alimentations défaillantes, surveillez les tendances de tension sur les alimentations et circuits de dérivation alimentant cet équipement. Comparez si possible les taux de défaillance d'équipements similaires fonctionnant sur des parties de systèmes connus pour ne pas rencontrer de pics de tension.

Lors de l'analyse des résultats de l'étude de la qualité du réseau électrique, recherchez de défauts soudains de la ligne à la terre sur une ligne monophasée. Ce type de défaut fait soudainement monter la tension sur les deux phases n'étant pas en défaut. De grosses charges de l'usine qui s'arrêtent subitement, et une commutation du condensateur de correction de facteur de puissance peuvent également engendrer des pics de tension.

Les transitoires de tension peuvent provoquer des symptômes allant de blocages d'ordinateurs et de l'endommagement d'équipements électroniques jusqu'à l'embrasement et l'endommagement des isolations sur l'équipement de distribution.

Les transitoires, parfois appelés pics, sont des augmentations substantielles de tension, mais seulement pendant quelques microsecondes. Les éclairs et les commutations mécaniques en sont des causes courantes. Une panne d'équipement pendant un orage est souvent attribuée à juste titre aux transitoires et aucune surveillance de la qualité du réseau électrique n'est exécutée.

D'autres causes des transitoires sont la commutation de condensateurs ou de batteries de condensateurs, la remise sous tension de systèmes après une panne électrique, la commutation de charges motrices, l'activation ou la désactivation de charges d'éclairage fluorescent ou HID, la commutation de transformateurs et l'arrêt soudain de certains équipements. Pour ces conditions transitoires, surveiller au niveau de la charge et corrélez les problèmes ou la défaillance opérationnels de l'équipement avec les événements du système de distribution.

Un arc normal entre des contacts lors de l'interruption de grosses charges peut être une cause de transitoires. Utilisez les schémas unifilaires de l'installation pour déplacer la surveillance plus en amont dans le système de distribution jusqu'à trouver la source.

Les coupures de tension peuvent durer entre deux et cinq secondes ou plus. Le symptôme est habituellement assez simple : l'équipement arrête de fonctionner. Les interruptions supérieures à cinq secondes sont habituellement appelées interruptions prolongées. La plupart des circuits de contrôle des moteurs et systèmes de contrôle de processus ne sont pas conçus pour redémarrer, même après une brève interruption d'alimentation.

Si une interruption de tension se produit lorsque l'équipement est sans surveillance, la cause de l'arrêt de l'équipement peut ne pas être correctement identifiée. Seules une surveillance de l'équipement et la mise en corrélation du moment d'une interruption d'alimentation avec le moment des problèmes de l'équipement vous aideront à identifier les interruptions de tension.

Enregistreur de qualité du réseau électrique triphasé Fluke 1750
L'enregistreur de qualité du réseau électrique triphasé Fluke 1750 est l'un des outils qui peuvent être utilisés pour vous aider à détecter un déséquilibre de tension.En réalité, les différences de tension entre phases varient lorsque les charges fonctionnent. Cependant, une surchauffe, un bruit ou des vibrations excessives du moteur ou du transformateur peuvent nécessiter un dépannage pour déséquilibre de tension.

Bien qu'il soit souvent négligé, le déséquilibre de tension est l'un des problèmes les plus communs sur les systèmes triphasés, et peut provoquer de graves dommages aux équipements. Par exemple, un déséquilibre de tension de 2,3 % sur un moteur 230 V provoque un déséquilibre de courant de presque 18 %, entraînant une augmentation de température de 30 °C. Alors qu'un multimètre numérique (DMM) et quelques calculs rapides peuvent être utilisés pour faire une moyenne des relevés de tension, un ÉnergiMètre fournit des informations très précises sur un déséquilibre.

Un déséquilibre peut se produire à n'importe quel point du système de distribution. Les charges devraient être divisées également entre chaque phase d'un panneau de contrôle. Si une phase devient trop chargée par rapport aux autres, la tension sera inférieure sur cette phase. Les transformateurs et moteurs triphasés alimentés depuis ce panneau peuvent chauffer, être anormalement bruyants, trop vibrer et même subir une défaillance prématurée.

La surveillance au fil du temps est la clé pour capturer un déséquilibre. Dans un système triphasé, la variation de tension maximale entre phases ne devrait pas être supérieure à 2 %(la valeur Vneg en % sur l'analyseur), sinon l'équipement peut subir des dommages significatifs.

Les harmoniques< sont des tensions et courants dont on suppose que la fréquence est un multiple entier de la fréquence fondamentale. Par exemple, la troisième harmonique est la tension ou le courant qui survient à 180 Hertz (Hz) dans un système 60 Hz (3 x 60 Hz = 180 Hz). Ces fréquences indésirables provoquent de nombreux symptômes, notamment une surchauffe des conducteurs neutres et des transformateurs alimentant ces circuits. Une inversion de couple crée de la chaleur et entraîne des pertes d'efficacité dans les moteurs.

Capture d'écran d'ÉnergiMètre
Lorsque chaque harmonique est identifiée et comparée à la fréquence fondamentale de 50 Hz dans le cas présent, vous pouvez prendre des décisions sur la gravité de chaque harmonique qui apparaît dans le système. Par exemple, dans cette capture d'écran d'ÉnergiMètre, sur la Phase A, la distorsion harmonique totale est de 1,7 %. Dans ce total, les 3e et 5e harmoniques représentent 1,2 % du total (respectivement 0,4 % et 0,85 % ).

Les symptômes les plus graves créés par des harmoniques sont typiquement dus aux harmoniques déformant l'onde sinusoïdale fondamentale de 60 Hz que l'on trouve dans les installations. Cette distorsion d'onde sinusoïdale provoque un mauvais fonctionnement de l'équipement électronique, des alarmes intempestives, des pertes de données et ce que l'on appelle souvent des problèmes « mystérieux ».

Lorsque des symptômes d'harmoniques surviennent, dépannez en observant la distorsion harmonique totale (THD). Une augmentation significative de la THD dans des conditions de charge variables garantit une comparaison de pourcentage de chaque niveau de courant harmonique individuel par rapport au flux de courant fondamental total dans le système. Connaître les effets créés par chaque courant harmonique et les comparer aux symptômes identifiés vous aidera dans le dépannage. La source de l'harmonique doit alors être isolée et corrigée.

Résumé

Les problèmes de tension et la création de courants harmoniques sont les deux grands domaines dans lesquels surviennent des problèmes de qualité du réseau électrique. Les pics et les baisses, les transitoires de tensions, les coupures d'alimentation et le déséquilibre de tension peuvent tous être surveillés, analysés et comparés aux historiques de fonctionnement de l'équipement pour déterminer la cause et la sévérité du problème de qualité du réseau électrique. On peut faire de même avec les divers courants harmoniques d'un système.