Généralités sur la qualité de l’énergie et les harmoniques

Le producteur (distributeur) de l’énergie électrique doit satisfaire certain engagement envers les clients qu’il dessert, il doit assurer la continuité et la qualité de l’énergie qu’il fournit. L’énergie électrique est généralement distribué sous forme de trois tensions constituant un système sinusoïdal triphasé, un des paramètres de ce système est la forme d’onde qui doit être la plus proche possible d’une sinusoïde (amplitude et fréquence constantes). Aujourd’hui les critères de qualités ont évolué avec le développement des équipements industriels et domestiques, utilisant de plus en plus de circuits électroniques ayant un comportement non linéaire, ils engendrent dans les réseaux de distribution des courants non sinusoïdaux provoquant des effets nocifs. Lorsque la forme de l’onde de tension n’est pas sinusoïdale on rencontre des perturbations touchant de nombreux équipements engendrant ainsi des dysfonctionnements et échauffement des récepteurs et appareillages raccordés sur un même réseau d’alimentation électrique.

Qualité de l’énergie électrique

Il existe un grand nombre de définition de la qualité de l’électricité mais d’une façon générale, on peut distinguer deux aspects : la fiabilité de l’alimentation et la qualité de la tension. La fiabilité de l’alimentation est caractérisé principalement par le nombre et la duré des coupures. La qualité de la tension, quant à elle, est liée aux distorsions de la forme d’onde autrement dit à l’écart engendré par les perturbations électriques par rapport à la forme sinusoïdale idéale de la tension (variation de tension, creux de tension, harmoniques, fliquer (papillotement), courants transitoires…..etc.). Le fournisseur de l’énergie doit assurer une tension toujours au voisinage de la tension nominale avec une variation tolérable (10%), et de (1%) de la fréquence.

Perturbations électriques

Les perturbations électriques naissent de la dégradation d’un ou plusieurs paramètres caractéristiques de réseaux électriques (forme des tensions, équilibre des tensions, fréquence et amplitude….etc.). L’altération d’un ou de plusieurs de ces paramètres engendre entre autre les perturbations suivantes :

Origine des harmoniques [8] Dans le passé, les récepteurs étaient dit « linéaires » ce qui signifie que la forme du courant consommé était identique à celui de la tension. Il y avait donc à chaque instant une relation de proportionnalité entre la tension et l’intensité. C’est le cas des résistances parfaites (résistance de chauffage, lampe à filament …etc.) Pour les moteurs triphasés par exemple, lorsque la tension et l’intensité sont sinusoïdales il existe quand même un déphasage entre les deux grandeurs dans le temps. Vu que les signaux sont supposés parfaitement sinusoïdaux, on parle de cosφ pour exprimer ce déphasage. De nos jours, la présence de l’électronique de puissance aussi bien dans le milieu industriel, tertiaire que domestique entraine des courants qui n’ont plus la même forme que la tension. Ceci est du aux récepteurs « non linéaires » soumis à une tension sinusoïdale et qui n’absorbe pas un courant sinusoïdal, Il n’y a donc plus de relation proportionnelle entre tension et intensité. Enfin de façon simple et précise, Vu que les courants consommés par les récepteurs « non-linéaires » ne sont pas sinusoïdaux on ne peut plus parler de Cos φ. On parle alors de facteur de puissance.

EFFETS INSTANTANES

Perturbation des convertisseurs statiques et des matériels électronique Les tensions harmoniques peuvent perturber les dispositifs de régulation des systèmes électroniques. Elles peuvent influencer les conditions de commutation des thyristors lorsqu’elles déplacent ou multiplient les passages par zéro de la tension. Les appareils utilisant la valeur crête de la tension à des fins de régulation pourront également être perturbés. Les compteurs d’énergie à induction présentent des erreurs supplémentaires en présence d’harmoniques. Par exemple, un compteur de classe 2 donnera une erreur supplémentaire de 0,3% avec un taux de 5% d’harmonique 5 sur la tension et le courant.

Vibrations, bruit Les efforts électrodynamiques proportionnels aux courants harmoniques en présence génèrent des vibrations et des bruits acoustiques dans les appareils électromagnétiques (transformateurs, inductances). Des couples mécaniques pulsatoires engendrent des vibrations dans les machines tournantes.

Perturbations induites sur les lignes à courant faible Une ligne à courant faible, par exemple une ligne téléphonique, peut être perturbée lorsqu’elle chemine le long d’une canalisation de distribution électrique ou circulent des courants et tensions déformés.

Perturbation des systèmes de télécommande centralisée La télécommande centralisée permet de piloter certains appareils au travers du réseau grâce à des signaux à 175 ou 188 Hz superposés aux ondes de tension et de courant à 50 Hz. Un taux d’harmoniques élevé peut entrainer l’enclenchement intempestif des relais commandés par ces signaux.

Dysfonctionnement des systèmes de protection et de relais Les dispositifs de protection et les relais utilisant les courants de charge peuvent être affectés par la présence d’harmoniques, dans la mesure où ceux-ci modifient la valeur instantanée de ces courants.

Résonances

Ce phénomène se caractérise par une valeur maximale de l’impédance du réseau vue par la charge. Et pour peu que cette dernière se comporte comme une source de courants harmoniques, on observera donc des surtensions, pouvant dépasser 7 à 8 fois la valeur de la tension considérée dans le cas d’un réseau pur (sans compensation).instantané. Discussion des résultats: Les résultats trouvés montrent que:

•Avec l’augmentation du nombre de lampes en parallèles, le rapporte se stabilise autour de 0.71 et l’erreur sur le courant mesuré par l’Ampèremètre diminue légèrement pour atteindre 35 – 37%.

•Nous constatons également que le rapport augmente sensiblement pour atteindre 0,982, ce qui ramène l’erreur sur la puissance mesuré par le wattmètre à 1.74% seulement. On peut expliquer cette tendance par le fait que l’erreur commise sur le courant est compensée par l’erreur commise sur le facteur de puissance ou le rapport é se stabilise autour de 0.66.

•Nous pouvons conclure d’après cet essai, que l’augmentation du nombre de lampe branches en parallèle n’apporte pas une augmentation de l’erreur sur les grandeurs électriques mesurées par les appareils classiques, au contraire, nous constatons plutôt une diminution de ces erreurs, ce phénomène s’explique par le foisonnement des harmoniques. Enfin pour une étude rigoureuse, il faut placer des dizaines voir des centaines de lampes fluo-compactes en parallèle pour pouvoir tirer des conclusions finales.

Conclusion générale :

Parmi les effets connus des perturbations harmoniques, on peut citer les erreurs de mesures dans les appareils classiques, dus à la distorsion des ondes des signaux courant et tension. Les appareils mesurant une valeur crête fournissent une valeur erronée. Dans ce travail, nous nous somme intéressés aux mesures des grandeurs électriques (courant, tension, puissance) dans le cas des lampes fluo-compactes qui sont connues pour leurs taux élevés de distorsion harmonique du courant. Dans l’essai 1, nous avons comparé, les résultats obtenus à partir des appareils classiques et ceux obtenus à l’aide d’un oscilloscope numérique performant. Les résultats traités à l’aide du logiciel wave star for oscilloscopes montrent que l’erreur commise sur la mesure du courant varie de 42 à 47% alors que l’erreur sur la mesure de puissance varie de 12 à 25%. L’erreur commise sur la mesure du facteur de puissance peut atteindre dans ce cas les 60%. A partir de l’essai, nous concluons de la néssécité d’utilisé des appareils plus performants, ceux qui font un échantillonnage du signal. Dans l’essai 2, nous avons placé plusieurs lampes branchés en parallèle, et nous avons constatés que les erreurs de mesures ont plutôt tendance à diminuer, surtout pour le cas de la mesure de puissance active, ce qui peut être expliqué par le phénomène du foisonnement des harmoniques. Dans l’essai 3, nous avons mesuré le courant du neutre dans un système triphasé en présences des lampes fluo-compactes, et nous avons remarqué une diminution très significative de l’erreur commise sur la mesure du courant et nous avons montré que l’Ampèremètre dans ce dernier cas mesure plutôt la valeur efficace de l’harmonique 3. Ce travail, nous a été très bénéfique pour la compréhension des harmoniques, et nous espérons que cette étude sera poursuivie à l’avenir pour une étude plus exhaustive