Passer à la mesure de la qualité du courant électrique triphasé

Par Randy Barnett

L'utilisation d'un analyseur de qualité du réseau triphasé peut être intimidante pour ceux qui ne sont pas familiers de la qualité du réseau électrique et de l'instrument. Apprenez les bases et entraînez-vous !

Si les seuls problèmes de qualité du réseau étaient créés par des charges non linéaires monophasées comme les copieurs et les imprimantes, nous pourrions penser que le monde de la mesure de la qualité du réseau est bien plus simple. Cependant, dans le monde d'aujourd'hui, que vous meniez des enquêtes sur la qualité du réseau ou que vous dépanniez des problèmes de système électrique, vous avez besoin d'un analyseur de qualité du réseau triphasé. Paramétrer un ÉnergiMètre avec des 5 cordons de tension et quatre pinces ampèremètres, puis sélectionner parmi divers écrans celui qui proposera bien plus d'une douzaine de paramètres pour mesurer et enregistrer... Tout cela peut être intimidant. Cependant, les analyseurs de qualité du réseau triphasé comme le Fluke 435, aussi puissants qu'ils soient, sont simples d'utilisation une fois que vous comprenez les bases de leur fonctionnement.

Surveiller la qualité du réseau triphasé est une obligation. Que vous dépanniez des problèmes électriques mystérieux ou que vous fournissiez des services supplémentaires à un client, c'est de l'électricité triphasée qui est fournie aux clients commerciaux et industriels et qui est distribuée dans toute une installation.

Installation d'un analyseur triphasé

À moins que vous ne dépanniez un problème spécifique, il est bon de commencer par une enquête générale de la qualité du réseau par le point de couplage commun (PCC). Le PCC est le point de contact entre le fournisseur d'électricité et le client. Pour des raisons pratiques, le PCC est du côté client du compteur du fournisseur. Les ÉnergiMètres doivent être utilisés dans un endroit sûr en aval de l'interrupteur principal et installés en suivant toutes les pratiques de travail sûres.

L'écran de configuration de l'ÉnergiMètre Fluke 435 indique le fil de l'analyseur approprié à connecter à certains conducteurs spécifiques dans le système de distribution.

Avant d'installer l'analyseur triphasé, sélectionnez la configuration du système de distribution sur l'écran « paramétrage » de l'instrument. Le Fluke 435 propose dix configurations. Le système en étoile triphasé est le plus couramment utilisé dans les applications commerciales et industrielles avec des tensions de 480Y/277 ou 208Y/120. Afin d'éviter toute confusion lors de la connexion des cordons, utilisez les marqueurs de cordons de couleur pour faire correspondre les cordons de tension et de pince à la couleur décrite sur l'écran de configuration de l'analyseur.

Connectez toujours le fil de masse en premier pour plus de sécurité, puis les cordons de tension et de courant restants. Appuyez sur « Scope » pour vérifier que les connexions sont bonnes et rechercher la bonne rotation, en contrôlant que tous les cordons sont correctement connectés.

L'écran Menu fournit une vue d'ensemble des nombreuses fonctions disponibles sur l'ÉnergiMètre. Sélectionnez l'écran approprié pour commencer à surveiller les paramètres.

Mesure et analyse de données

Commencez à mesurer et analyser des données en appuyant sur Menu pour sélectionner et configurer les paramètres que vous souhaitez analyser. L'écran Volts/Ampères/Hertz est un bon début pour avoir une vue d'ensemble de l'état du système. Une valeur importante est le facteur de crête (CF) indiqué. Le CF est le rapport de la tension de crête sur la tension RMS. La mesure de la chute du CF en dessous de 1,4 indique l'étendue de l'aplatissement des crêtes d'ondes sinusoïdales. Les ondes sinusoïdales qui tendent à s'aplatir ne permettent pas aux condensateurs des alimentations électriques de se charger à leur valeur maximale (ces condensateurs sont conçus pour se charger à la tension de crête). Des condensateurs n'étant pas entièrement chargés peuvent entraîner des problèmes, des ordinateurs qui se bloquent à des alarmes intempestives sur les équipements électriques. À l'inverse, si le CF dépasse 1,4, cela indique un autre type de distorsion, et si la tension de crête monte trop haut, elle peut entraîner la panne d'un composant. Il est important de noter qu'un multimètre RMS continuerait à lire des valeurs satisfaisantes, alors que le CF a dévié de la valeur nominale de 1,4 de l'onde sinusoïdale de tension pure pour entraîner des problèmes d'équipements. C'est pour cette raison entre autres que les multimètres numériques ne peuvent pas être utilisés pour dépanner des problèmes de qualité du réseau.

Sélectionner Creux et pics sur le menu du Fluke 435 permettra à l'utilisateur de voir et enregistrer les variations de tension en fonction du temps. Les baisses (appelées « creux » dans les normes européennes) et pics sont des perturbations électriques assez communes. Les creux et pics sont des variations de tension de courte durée à la baisse (creux) ou à la hausse (pic) dans le système de distribution. Les baisses peuvent se traduire par un mauvais fonctionnement de l'équipement électronique, des moteurs qui s'arrêtent, et peuvent même faire claquer ou chuter des relais. Au bout d'un certain temps, les pics peuvent endommager l'isolation et entraîner la panne de composants électroniques.

Les charges non linéaires, comme les variateurs de fréquence (VFD) et les onduleurs (ASI) produisent des tensions et courants harmoniques. Les courants harmoniques sont des fréquences multiples entières de la fréquence fondamentale (60 Hz). Par exemple, la troisième harmonique est la tension et le courant qui circule à 3 x 60 Hz, ou 180 Hz. La cinquième harmonique serait un courant à 300 Hz. Les courants harmoniques déforment l'onde sinusoïdale fondamentale (60 Hz), entraînant un mauvais fonctionnement des équipements électroniques. La distorsion harmonique totale (THD) est la somme des distorsions créées par les harmoniques et représente l'amplitude de la distorsion totale. À une THD de tension de 5 %, le fonctionnement des charges peut être touché. La THD peut être facilement lue sur l'ÉnergiMètre.

Les courants harmoniques, créés par des charges non linéaires comme les variateurs de fréquences et les onduleurs, peuvent créer une distorsion excessive (THD) de l'onde sinusoïdale 60 Hz et entraîner une surchauffe des conducteurs et des équipements. Isolez les sources des harmoniques à l'aide de l'ÉnergiMètre Fluke 435.

La prévalence de certaines fréquences harmoniques peut entraîner la surchauffe de conducteurs neutres, une inversion de couple et la surchauffe des moteurs. Le cycle normal des charges non linéaires fera varier la fréquence et l'amplitude des courants harmoniques dans le système de distribution. En sélectionnant la fonction Harmoniques sur l'écran menu, vous pouvez voir les fréquences et les amplitudes d'harmoniques présentes.

Alors que les coûts de l'électricité augmentent, l'utilisation de l'électricité et de l'énergie dans les installations est une préoccupation croissante. Les pénalités de facteur de puissance peuvent être significatives, allant jusqu'à des dizaines de milliers de dollars par mois même pour une installation de fabrication de taille moyenne. Le facteur de puissance est le rapport de la puissance réelle consommée dans une installation (kW) sur la puissance apparente (kVA) délivrée par le fournisseur. Si une puissance apparente trop élevée est délivrée par rapport à la quantité utilisée pour le travail, cela peut entraîner des pénalités de facteur de puissance du fournisseur. En sélectionnant Électricité et énergie dans l'écran menu, vous pouvez facilement lire le facteur de puissance. Les charges de moteur importantes entraînant des problèmes de facteur de puissance peuvent être isolées et des condensateurs de correction de facteur de puissance peuvent être installés, souvent en éliminant totalement les charges de pénalité de facteur de puissance.

Les clients commerciaux et industriels peuvent également payer des charges de pic de demande. Le pic de demande est la quantité maximale de kW utilisés sur une période de quinze à trente minutes. Les fournisseurs dimensionnent leur équipement pour répondre à cette demande et facturent habituellement l'utilisation de kW en fonction des valeurs de pic de demande. Avec l'ÉnergiMètre, les kW, kVA et kVAR (charge réactive) peuvent tous être surveillés et ensuite des décisions intelligentes de gestion de l'énergie peuvent être prises.

Un papillotement est une fluctuation instable de sortie lumineuse due à des variations de tension. Le papillotement est mesuré en valeurs à court terme et à long terme. Un excès de papillotements se traduit par un inconfort pour les personnes et d'éventuelles charges de pénalité du fournisseur. Sélectionner l'écran Papillotement dans le menu pendant un dépannage de problèmes de qualité du réseau peut vous aider à isoler la cause du papillotement comme les postes de soudure, les fours à arc ou les générateurs cycloconvertisseurs.

Des tensions déséquilibrées dans un système triphasé se produisent lorsqu'il existe une charge inégale entre les trois phases. Placer trop de charges monophasées sur une phase particulière provoquera une tension inférieure sur cette phase par rapport aux deux autres. Les tensions vers les moteurs triphasés seront à présent déséquilibrées. Les variateurs de fréquence peuvent produire des harmoniques accrues et la sortie du variateur peut en être affectée. Le déséquilibre de tension est mesuré à l'aide de l'écran Déséquilibre et ne devrait pas dépasser 2 % sans action corrective.

Les transitoires sont des changements de tension de très courte durée survenant habituellement pendant une fraction d'onde sinusoïdale, mais peuvent créer des effets indésirables. Alors que la foudre peut être considérée comme le transitoire le plus sévère, d'autres causes comme le fonctionnement de grosses charges ou de batteries de condensateurs créent également des problèmes. La défaillance d'un équipement électronique est l'un de problèmes les plus graves provoqués par les transitoires. De par leur nature, les transitoires ne peuvent être capturés et mesurés qu'avec un équipement de surveillance spécialisé. La fonction Transitoires du Fluke 435 enregistre les niveaux de tension et surveille donc les conditions transitoires.

Au démarrage, les courants d'appel des moteurs peuvent être cinq à sept fois (ou plus) supérieurs au courant normal à pleine charge. Ces courants importants peuvent entraîner des baisses de tension significatives dans le système de distribution, entraînant les problèmes mentionnés plus tôt, inhérents à ces baisses. Avec la fonction Courant d'appel du Fluke 435, les valeurs du courant d'appel peuvent être mesurées en fonction du temps au moment où les moteurs démarrent et s'arrêtent.

Les fournisseurs d'électricité peuvent utiliser leur système de distribution d'électricité pour transporter des signaux à fréquences plus élevées pour activer et désactiver des appareils (télécommande). Sélectionner Signalisation de réseau dans le menu permet au Fluke 435 de capturer le moment où ces signaux se produisent, pour aider au dépannage des problèmes de signalisation suspectés.

Sélectionner la fonction Enregistreur dans le menu du Fluke 435 permet l'enregistrement de plusieurs paramètres du système, notamment la tension, l'ampérage, l'énergie et les écarts de facteur de crête causés par distorsion harmonique. La possibilité de téléchargement des données collectées avec le temps puis de comparaison de ces informations au fonctionnement de l'équipement de l'usine, comme les gros moteurs et les charges non linéaires, peut aider à dépanner et identifier la source des problèmes de qualité du réseau.

Réduire votre facture énergétique

Les ÉnergiMètres comme le Fluke 435 sont des outils de mesure et d'enregistrement puissants qui non seulement diagnostiquent et isolent des problèmes uniques de systèmes de distribution électrique, mais peuvent également vous aider à réduire votre facture énergétique. La durée d'amortissement pour l'investissement dans de tels équipements et la formation associée peuvent être infinitésimales lorsque l'on prend en compte les temps d'arrêts et les dommages aux équipements. La clé consiste à trouver un ÉnergiMètre qui mesure et enregistre les données nécessaires, qui est facile à paramétrer et à utiliser, et qui permet le téléchargement et l'analyse de ces données. Pour ceux qui réalisent déjà des études de la qualité du réseau électrique, ou ceux qui souhaitent apprendre les fondamentaux de la qualité du réseau (quoi mesurer, quoi rechercher et comment), le Fluke 435 convient parfaitement.