Reproduction et étude de phénomènes de perturbations rencontrées en milieu industriel sur un réseau triphasé Harmotris
1. Présentation de l Equipement L équipement pédagogique Harmotris se présente sous la forme d une armoire électrique montée sur un chariot à roulettes en profilés aluminium. Il permet de reproduire les phénomènes de perturbations rencontrées en milieu industriel sur un réseau triphasé. 1.1 Constitution Cet équipement pédagogique est constitué de deux lignes d alimentation distinctes : Une ligne "bâtiment" alimentant des charges éclairage de type halogène, à ballast magnétique et électronique et lampe à induction. Il est possible de rajouter des charges supplémentaires sur une prise 2P+T libre. La mise en évidence des problèmes d échauffement dans le neutre liés aux harmoniques de rang 3 seront résolus par différentes solutions comme l intégration d un filtre anti-harmoniques ou l utilisation d un réseau d utilisation sans neutre. Une ligne "industrie" alimentant un variateur de vitesse électronique pilotant un moteur asynchrone externe à l équipement, la connectique étant prévue à cet effet. Dans ce cas l étude se fera sur les harmoniques haute fréquence ainsi que sur la CEM. Sur la porte du coffret est représenté par un synoptique le schéma de puissance de l installation intégrant les commandes des différents filtres et situant les points de mesure. Il inclut également un variateur de vitesse et les appareils apportant des solutions aux phénomènes étudiés : filtres, compensateurs, selfs ou capacités. Ces éléments peuvent êtres shuntés ou actifs à tous moments grâce aux commandes par boutons commutateurs lumineux liés au synoptique. Des points de mesures situés sur le côté droit du coffret et un lot d accessoire permettent d effectuer facilement tous les relevés nécessaires aux travaux pratiques. Les différentes lampes citées précédemment se situent en partie basse de la structure sous le coffret électrique. Institut Schneider Formation / 08-2006 3/16
1.2 Caractéristiques Caractéristiques mécaniques Dimensions : hauteur : 1860 mm, largeur : 900 mm, profondeur : 570 mm Poids : 230 kg environ Caractéristiques électriques Tension d alimentation : 400 V Triphasé (± 10 %) + N + T Puissance absorbée : 3,3 kva Fréquence : 50/60 Hz ± 5 % Courant : branchement par prise de courant 3P + N + T - 16 A Le courant de court-circuit conventionnel est fixé à 3 ka. Tension de tenue assignée de tenue aux chocs : 2,5 kv Classe de protection : I Cet équipement doit être protégé en amont par un disjoncteur DDR (Dispositif Différentiel Résiduel) de sensibilité 30 ma de classe AC (non fourni). Caractéristiques techniques des principaux constituants L armoire électrique est composée de : disjoncteurs et différentiels de protection, selfs de ligne : 10 et 15 mh, selfs filtres anti-harmonique : 16 et 45 mh, selfs de résonance : 122 mh, condensateurs : 600 V 25 µf, un transformateur de découplage : 400/240 V, 2 kva, un variateur Altivar pour moteur 1,5 kw, un synoptique avec sélection des constituants à mettre en œuvre, un panneau de mesure et de réglage de la puissance des lampes. Le coffret situé en partie basse de l installation est composé de : une rampe d éclairage trois halogènes 500 W, une rampe de lampes à ballast électronique, halogène et à ballast magnétique, deux ventilateurs de refroidissement de l air ambiant, une sonde de surveillance température. 4/16 Institut Schneider Formation / 08-2006
1.3 Fonctionnalités principales L équipement pédagogique Harmotris a pour objectif la mise en œuvre de manipulations destinées à étudier les perturbations des réseaux électriques, par des travaux pratiques très concrets et des moyens de mesures simples. Il offre à l utilisateur les possibilités suivantes : Shunter ou incorporer des éléments. Effectuer des mesures. Mettre en service un ou plusieurs filtres grâce aux commutateurs lumineux bleus en face avant de l équipement. Piloter et contrôler la vitesse d un moteur asynchrone à l aide du variateur de vitesse. Lire le courant moteur Institut Schneider Formation / 08-2006 5/16
Des points de mesure (montés sur des bornes de sécurités) permettant d effectuer des mesures et en toute sécurité. 6/16 Institut Schneider Formation / 08-2006
2. Pédagogie 2.1 Présentation de la pédagogie Cet équipement a pour objectif pédagogique la reproduction et l étude des phénomènes de perturbations rencontrées en milieu industriel sur un réseau triphasé. Les différentes études pouvant être réalisées sont : la mise en évidence et la visualisation des phénomènes harmoniques, la visualisation et la mise en évidence des perturbations électromagnétiques, la mesure de ces deux phénomènes, les solutions pour réduire et/ou éliminer les harmoniques et les perturbations électromagnétiques. Il est destiné aux filières suivantes : Niveaux Génie Civil Equipements Techniques Du Bâtiment et Domotique Génie Electrique Electronique, Electrotechnique, Réseau et Informatique industrielle, Energique Génie Mécanique Maintenance, Production, Automatisme et Conception Technologie Industrielle Sciences de l Ingénieur et Techniques Industrielles Niveau V (CAP & BEP) Niveau IV (BACTEC & BACPRO) Niveau III (BTS & DUT) Niveau I (Bac +5, Ecoles d ingénieurs) Les travaux pratiques réalisables grâce à l équipement pédagogique Harmotris sont très différents selon les éléments et filtres utilisés dans la partie opérative. Ils sont composés d un document professeur (corrigé) et d un document élève. Institut Schneider Formation / 08-2006 7/16
Liste des travaux pratiques : Partie n 1 : compensation de l énergie réactive TP n 1 : Compensation de l énergie réactive avec charge industrielle Mettre en évidence la consommation d'énergie réactive, par différentes charges industrielles consommant de l'énergie réactive, dans une installation électrique. TP n 2 : Compensation de l énergie réactive avec charge de lampes d éclairage Mettre en évidence la consommation d'énergie réactive dans une installation électrique, par le fonctionnement à 1/2 charge de lampes d'éclairage commandées par gradateur. TP n 3 : Diminution de la consommation d énergie réactive surcompensation Diminution de la consommation d'énergie réactive par le choix d'un équipement de compensation à condensateurs. TP n 4 : Batterie de condensateurs conséquences Observer les perturbations dans les condensateurs de compensation d'énergie réactive lors d'un essais en charge. (phénomène de résonance). La connaissance du problème guidera dans le choix d'un système de compensation d'énergie réactive. TP n 5 : Influence des courants harmoniques Mettre en évidence l'influence des courants harmoniques sur le déclenchement des disjoncteurs de protection des installations. TP n 6 : Diminution de la consommation d énergie réactive Mettre en évidence la diminution de consommation d'énergie réactive, dans une installation électrique par différentes charges industrielles, par un procédé de compensation de l'énergie réactive. Partie n 2 : Harmoniques TP n 7 : Etude triphasée sur charge résistive - Justification de la section de mesure es mesures envisagées consisteront à provoquer des déséquilibres dans les circuits triphasés afin de mesurer le courant circulant dans le neutre afin de construire un diagramme de Fresnel et de justifier la section du neutre conformément à la normenf C 15-100. TP n 8 : La pollution harmoniques en triphasé Mesurer les effets des courants harmoniques sur un réseau 3 phases + neutre. TP n 9 : Filtrage des harmoniques - 1ère solution : Filtre passif Mettre en oeuvre des filtres afin d'éliminer les harmoniques de rang 3 (I h3 ), afin de diminuer le courant dans le neutre. TP n 10 : Filtrage des harmoniques - 2ème solution : Transformateur Tri 230V Mettre en oeuvre des filtres afin d'éliminer les harmoniques de rang 3 (I h3 ). TP n 11 : Filtrage des harmoniques : Filtrage passif du rang 5 en triphasé - variateur de vitesse. Mettre en évidence la pollution harmonique produite par le variateur de vitesse, et la solution pour y remédier. TP n 12 : Filtrage actif en monophasé Mettre en œuvre et relever les caractéristiques d'un filtrage actif. TP n 13 : Etude des différentes charges en monophasé - mise en évidence des pollueurs Identifier les différents pollueurs harmoniques d'une installation. TP n 14 : Etude des perturbations harmoniques sur la distribution éclairage L objectif de ce TD est d étudier l incidence des harmoniques générés par l éclairage sur une installation. On y abordera aussi la détermination de la protection et de la section des câbles en fonction des différentes technologies d éclairage. Partie n 3 : CEM TP n 15 : Blindage des câbles en haute fréquence Mesurer l efficacité du blindage d un câble par rapport aux perturbations conduites, émises par les différents convertisseurs de puissance installés dans les équipements électriques. 8/16 Institut Schneider Formation / 08-2006
TP n 16 : Raccordement des blindage des câbles en haute fréquence Etre capable d acquérir les règles de connexion du blindage des câbles dans une installation électrique, en fonction de la CEM. TP n 17 : Pose de chemin câblés et câbles Poser un chemin de câbles métallique puis un câble courant fort et un câble courant faible dans celui-ci, conformément aux recommandations CEM. TP n 18 : Rayonnement d un câble sur écran cathodique Mise en évidence des rayonnements d un conducteur sur un écran cathodique (TV, ordinateur, ). TP n 19 : Emission conduite Vérifier l atténuation des émissions conduites provenant d un équipement électrique, par l utilisation d un filtre CEM. Partie n 4 : Calcul des filtres TP n 20 : Dimensionnement des équipements L objectif de ce TP est le calcul de filtre approprié au type de perturbation. Institut Schneider Formation / 08-2006 9/16
2.2 Exemples de pédagogie 10/16 Institut Schneider Formation / 08-2006
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3. Eléments fournis avec l équipement 3.1 Matériel fourni Une armoire fixée sur un chariot à roulettes. Un câble de raccordement moteur. Une pince H.F. didactique. Une sonde de MOEBIUS. Un câble de liaison informatique. Un câble d alimentation sans gaine. 14/16 Institut Schneider Formation / 08-2006
Une charge BNC référence R405005000. Trois cordons de sécurité noirs longueur 25 cm. Un cordon de sécurité bleu longueur 25 cm. Un tore 10 spires. Avertissement : le câble d alimentation sans gaine et le câble de raccordement moteur doivent être utilisés uniquement pour les travaux pratiques de l équipement Harmotris et en aucun cas pour une autre utilisation. 3.2 Matériel non fourni Le micro ordinateur. Les appareils de mesure (multimètre, analyseur de spectre, oscilloscope, sondes de mesure, etc. ). Tout autre matériel non cité dans les paragraphes : 2.1 "Matériel fourni", 2.4 "Option". 3.3 Documentation Une notice technique référence MDG9AD191. Un manuel de travaux pratiques référence MDG9AD192. Un guide simplifié ALTIVAR avec le CD ROM d exploitation. Un CD ROM contenant la notice technique, le manuel de travaux pratiques au format PDF. Institut Schneider Formation / 08-2006 15/16
4. Coordonnées Institut Schneider Formation CITEF S.A.S. 89 Boulevard Franklin Roosevelt BP 50604 F-92506 Rueil Malmaison cedex N Azur : 0810 815 815 http://www.formation.schneider-electric.com e-mail : isf@fr.schneider-electric.com 16/16 Institut Schneider Formation / 08-2006