Qualité de l’energie electrique
Dans ce projet, nous avons présenté les types des perturbations électriques que peuvent dégrader la qualité de puissance qui circule dans le réseau électrique, en particulier les harmoniques, leurs sources, origines et conséquences. Les solutions traditionnelles et modernes pour la dépollution harmonique sont aussi présentées.
Présenté par : Kaddouri Mohamed. Messadi Mohamed Taha. Sengra houcine
Introduction Générale
La qualité de l’energie electrique est un sujet crucial dans le domaine de l’ingénierie électrique, car elle affecte directement la fiabilité et la sécurité des systèmes électriques.
Les perturbations du réseau électrique peuvent avoir des conséquences graves sur les équipements électriques et les systèmes de communication.
Par conséquent, il est essentiel de comprendre les différents types de perturbations électriques, leurs causes et leurs effets.
L’objectif de cette étude est d’améliorer la qualité de l’energie electrique et de garantir un approvisionnement électrique fiable et efficace pour les consommateurs.
Les recherches dans ce domaine ont conduit à des innovations technologiques telles que des filtres harmoniques, des compensateurs de puissance réactive, des dispositifs de protection contre les surtensions, et de régulation de la qualité de l’énergie.
Chapitre 01: Généralités sur les perturbations électriques.
Les perturbations électriques peuvent avoir des effets néfastes sur les équipements électroniques et électriques, notamment les ordinateurs, les serveurs, les systèmes de sécurité, les appareils électroménagers, et bien d’autres encore.
Ces équipements peuvent être très sensibles aux fluctuations de tension, de courant et de fréquence, et une perturbation électrique peut provoquer des dysfonctionnements, des erreurs de fonctionnement, voire des pannes totales.
Il existe plusieurs méthodes pour protéger les équipements contre les perturbations électriques, notamment l’utilisation de régulateurs de tension, de filtres de bruit, de parafoudres, de transformateurs d’isolement, et de batteries de secours.
- Régulateurs de tension sont conçus pour maintenir une tension électrique stable malgré les fluctuations de tension de la grille électrique.
- Filtres de bruit sont conçus pour éliminer les parasites électromagnétiques qui peuvent perturber les signaux électriques.
- Parafoudres sont conçus pour protéger les équipements contre les surtensions transitoires causées par les commutations de charges.
- Transformateurs d’isolement sont conçus pour éliminer les courants de fuite qui peuvent causer des dysfonctionnements dans les équipements.
- Enfin, les batteries de secours sont conçues pour maintenir l’alimentation électrique des équipements.
Sûr le premier chapitre, nous avons abordé les généralités sur les perturbations électriques, notamment la définition des perturbations électriques, les pics, les microcoupures, la défaillance de la fourniture, l’énergie réactive, les harmoniques, ainsi que les grandeurs et caractéristiques harmoniques.
Définition des perturbations électrique.
Les perturbations électriques sont des fluctuations indésirables de l’énergie électrique qui peuvent survenir dans un système électrique.
Ces perturbations peuvent être de différentes natures, telles que des variations de tension, des harmoniques, des interruptions de courant, etc.
Ces perturbations peuvent avoir des conséquences graves sur les équipements électriques connectés au système, entraînant des pannes, des dysfonctionnements ou même des dommages permanents.
Elles peuvent également affecter la qualité de l’énergie électrique distribuée, entraînant des pertes d’efficacité énergétique et des coûts supplémentaires pour les utilisateurs.
Pics et creux de tension.
Pics et les creux de tension se réfèrent à des variations soudaines dans la tension électrique fournie à un circuit électrique.
Les pics de tension sont des augmentations rapides et temporaires de la tension électrique. Tandis que les creux de tension sont des diminutions temporaires de la tension électrique.
Pour protéger les équipements électriques sensibles contre les pics et les creux de tension. Il est recommandé d’utiliser des dispositifs de protection tels que des parafoudres, des régulateurs de tension et des onduleurs. Ces dispositifs peuvent atténuer les pics et les creux de tension et protéger les équipements électriques contre les dommages.
Les microcoupures.
Les microcoupures se réfèrent à de brèves interruptions d’alimentation électrique qui peuvent durer de quelques millisecondes à quelques secondes.
Elles sont généralement causées par des perturbations du réseau électrique, telles que des surtensions ou des surcharges.
Surtensions et sous tensions.
Sous-tensions et les surtensions sont deux types de fluctuations de tension qui peuvent survenir dans un réseau électrique. Aussi les surtensions se réfèrent à une augmentation soudaine de la tension électrique au-dessus de la tension nominale du réseau électrique.
Les surtensions peuvent être causées par des événements tels que des éclairs, des perturbations du réseau électrique.
Défaillance de la fourniture.
La défaillance de la fourniture due aux perturbations électriques est un problème courant dans de nombreuses industries.
Cela se produit lorsque le fournisseur n’est pas en mesure de fournir le produit ou le service convenu en raison de perturbations électriques telles que des pannes de courant, des fluctuations de tension, des interférences électromagnétiques, etc.
Ces perturbations électriques peuvent être causées par des facteurs externes tels que des tempêtes, des pannes de réseau ou des pannes de transformateurs, ou par des facteurs internes tels que des surcharges ou des courts-circuits.
L’énergie réactive.
L’énergie réactive est une composante de l’énergie électrique qui est générée par les équipements électriques et les appareils électroniques.
Contrairement à l’énergie active, qui est mesurée en kilowattheures (kWh) et représente l’énergie réellement consommée. L’énergie réactive n’est pas utilisée pour réaliser un travail utile.
Elle est plutôt utilisée pour maintenir le champ électromagnétique dans les équipements électriques. Ce qui permet de faire fonctionner le matériel.
L’énergie réactive ne peut pas être utilisée directement par les consommateurs d’électricité. Mais elle doit être fournie par les fournisseurs d’électricité pour que les équipements électriques fonctionnent correctement.
Cependant, la fourniture d’énergie réactive peut entraîner une surcharge des lignes électriques et des transformateurs. Ce qui peut entraîner des pertes d’énergie et des coûts supplémentaires pour les fournisseurs d’électricité.
Les harmoniques de courant et tension.
Harmoniques de courant et de tension sont des composantes de fréquence qui s’ajoutent aux signaux de courant et de tension de base d’un système électrique.
Les harmoniques de courant sont créés par des charges non linéaires connectées au système électrique, telles que des onduleurs, des moteurs à vitesse variable ou des alimentations à découpage.
Ces charges ne consomment pas d’énergie de manière linéaire et peuvent donc injecter des courants harmoniques dans le réseau électrique.
Origine
Les harmoniques de courant et de tension ont plusieurs origines, parmi lesquelles :
Les charges non linéaires : Les charges non linéaires, telles que les alimentations à découpage, les onduleurs et les moteurs à vitesse variable, ne consomment pas de courant de manière linéaire, mais plutôt sous forme de courants à impulsions ou de courants en dents de scie. Ces courants non sinusoïdaux contiennent des harmoniques qui se propagent dans le réseau électrique.
- Perturbations externes : Les perturbations externes telles que la foudre, les décharges électrostatiques, les rayonnements électromagnétiques et les interférences radio peuvent également générer des harmoniques dans les systèmes électriques.
- Equipements électriques : Les équipements électriques tels que les transformateurs saturés, les générateurs et les équipements de commutation de puissance, tels que les thyristors, les diodes et les transistors, peuvent introduire des distorsions de tension et de courant harmoniques dans le réseau électrique.
- Variations de charge : Les variations de charge dans les systèmes électriques, telles que les commutations de charge, les cycles de mise sous tension et hors tension, les défauts de câbles et les courts-circuits, peuvent également générer des harmoniques.
En résumé, les harmoniques de courant et de tension peuvent avoir des origines internes et externes aux systèmes électriques, et peuvent être causés par des charges non linéaires, des perturbations externes, des équipements électriques et des variations de charge.
Conséquences
Les harmoniques peuvent avoir plusieurs conséquences sur les systèmes électriques, notamment :
- Surchauffe des équipements
- Perturbations électromagnétiques :
- Détérioration de la qualité de l’énergie électrique :
- Augmentation des coûts d’exploitation :
Caractéristiques harmoniques.
Les caractéristiques harmoniques sont utilisées pour décrire et quantifier les harmoniques de courant et de tension dans les systèmes électriques. Voici quelques exemples de grandeurs et caractéristiques harmoniques couramment utilisées :
- Taux d’harmoniques (THD) : Le taux d’harmoniques est une mesure de la distorsion harmonique totale d’un signal et est souvent exprimé en pourcentage. Il est calculé en divisant la somme des amplitudes des harmoniques par la valeur efficace du signal fondamental.
- Amplitude harmonique : L’amplitude harmonique est la valeur efficace de chaque composante harmonique dans un signal et est souvent exprimée en pourcentage de la valeur efficace du signal fondamental.
- Phase harmonique : La phase harmonique est la différence de phase entre chaque composante harmonique et le signal fondamental.
- Séquence d’harmoniques : Les harmoniques peuvent être classés en séquences en fonction de leur fréquence relative par rapport au signal fondamental. Les séquences d’harmoniques les plus courantes sont la séquence positive (n = 1, 2, 3, …), la séquence négative (n = -1, -2, -3, …) et la séquence zéro (n = 0).
- Spectre d’harmoniques : Le spectre d’harmoniques est une représentation graphique de l’amplitude et de la fréquence de chaque composante harmonique d’un signal. Il peut être utilisé pour identifier les harmoniques dominants et les fréquences de résonance.
Conclusion
Les perturbations électriques sont un phénomène courant dans les systèmes électriques, qui peuvent causer de graves conséquences sur les équipements électriques et les personnes impliquées.
Les perturbations électriques peuvent être causées par une variété de facteurs, notamment les tempêtes, les surcharges électriques, les défaillances des équipements et les interférences électromagnétiques.
Ces facteurs peuvent perturber le flux normal de l’électricité, des coupures de courant et d’autres dysfonctionnements électriques.
Chapitre 02: Les solutions de la dépollution des réseaux électriques.
Il existe plusieurs méthodes pour réduire la pollution des réseaux électriques, allant de l’utilisation d’énergie renouvelable à la gestion de la demande d’énergie en passant par les technologies de capture du carbone et la réduction des pertes d’énergie lors de la distribution de l’électricité.
Au le deuxième chapitre, nous avons abordé les solutions de dépollution des réseaux telles que les solutions traditionnelles et modernes.
Les solutions traditionnelles.
Les solutions traditionnelles que vous avez mentionnées sont toutes des méthodes pour réduire les perturbations électromagnétiques et d’améliorer la qualité de l’energie electrique. Voici une brève explication de chaque solution :
Transformateurs :
Les transformateurs sont utilisés pour modifier le niveau de tension de l’électricité. Ils peuvent être utilisés pour réduire les perturbations en limitant la transmission des signaux indésirables.
Inductances (selfs) :
Les selfs sont des composants passifs qui peuvent être utilisés pour limiter le courant alternatif à haute fréquence. Ils sont souvent utilisés pour supprimer les harmoniques et les interférences électromagnétiques.
Série Filtre passif résonant :
Les filtres passifs résonants sont utilisés pour éliminer les signaux à une fréquence spécifique. Ils sont souvent utilisés pour d’améliorer la qualité de l’energie electrique.
Filtre passif amorti :
Les filtres passifs amortis sont similaires aux filtres passifs résonants. Mais ils sont conçus pour éliminer les signaux à plusieurs fréquences en utilisant des résistances pour absorber l’énergie. Ils sont également utilisés pour éliminer les harmoniques et les interférences électromagnétiques.
Les solutions modernes.
Les solutions modernes de dépollution des réseaux électriques comprennent l’utilisation de filtres actifs, qui sont des dispositifs électroniques avancés. Voici une brève explication de chaque solution:
Filtre actif série :
Le filtre actif série est utilisé pour éliminer les harmoniques générés par des charges telles que les alimentations à découpage. Le filtre actif série est placé en série avec la charge. Ce qui permet de générer des courants harmoniques égaux et opposés pour neutraliser les harmoniques générés par la charge.
Filtre actif parallèle :
Le filtre actif parallèle est utilisé pour éliminer les harmoniques pour d’améliorer la qualité de l’energie electrique. Il est connecté en parallèle avec la charge et permet de générer des courants harmoniques égaux et opposés pour neutraliser les harmoniques générés par la charge.
Filtre actif hybride :
Le filtre actif hybride combine les avantages des filtres actifs série et parallèle. Il est utilisé pour éliminer les harmoniques générés par les charges non-linéaires dans les réseaux électriques. Le filtre actif hybride est composé de filtres actifs série et parallèle connectés en parallèle avec la charge.
En somme, les filtres actifs sont des solutions modernes très efficaces pour la dépollution des réseaux électriques. Ils offrent une plus grande flexibilité et une meilleure performance par rapport aux solutions traditionnelles telles que les transformateurs, les selfs et les filtres passifs. Cependant, ils sont plus coûteux et nécessitent une expertise technique pour leur installation et leur maintenance.
Conclusion
En conclusion, il existe plusieurs solutions pour la dépollution, tant traditionnelles que modernes pour d’améliorer la qualité de l’energie electrique.
Les solutions traditionnelles telles que les transformateurs et les filtres passifs sont des méthodes éprouvées pour réduire les perturbations électromagnétiques. Cependant, ces solutions ont leurs limites en termes de performance et de flexibilité.
Les solutions modernes telles que les filtres actifs série, parallèle et hybride sont plus avancées et une plus grande flexibilité que les solutions traditionnelles.
Les filtres actifs sont capables de réduire efficacement les perturbations, ainsi que d’autres types de bruits et d’interférences. Cependant, ils sont plus coûteux et nécessitent une expertise technique pour leur installation et leur maintenance.