Contrôler la qualité de la livraison

MESURE ÉLECTRIQUE Les analyseurs de la qualité du réseau électrique Chauvin Arnoux Qualimètre, perturbographe, oscilloperturbographe, analyseur de la qualité, analyseur de réseau, analyseur de puissance, etc. : la mesure de la qualité d une installation ou d un réseau électrique a beau être une des plus simples qui soit, elle a beau être encadrée par des normes (du moins certains paramètres, tels que les harmoniques et le flicker), elle a conduit au développement d une multitude d appareils dont les frontières sont souvent difficiles à cerner. Cela va bientôt faire un siècle que l électricité est présente dans toutes les maisons. Le produit est banalisé, mais il occupe toujours la une des journaux. Ces dernières semaines, il a surtout été question du changement de statut d EDF.Il y a quelques mois, c était l entrée en vigueur à grande échelle de la libéralisation du marché de l électricité qui focalisait l attention. Et depuis toujours, on a des débats passionnés sur la manière de produire l électricité (le nucléaire hier, les éoliennes aujourd hui, le solaire demain). Curieusement, plus le temps avance, plus on a l impression que les choses se compliquent. Par exemple, avec la généralisation des électroniques à découpage, le réseau électrique est de plus en plus pollué.autre complication, la libéralisation du marché de l électricité pourrait se traduire par une augmentation des pannes générales du réseau ( black-out ) telles que celles qu ont connues récemment Etats-Unis. C est la conséquence de l interconnexion des réseaux des différents acteurs, mais sans doute aussi à la limitation des surcapacités de production. Contrôler la qualité de la livraison Avec le nouveau contexte, le produit électricité devient un produit un peu comme les autres, avec des tarifs modulés et des garanties sur la qualité de la livraison. Les exigences de qualité sont devenues beaucoup plus fortes que par le passé.tous les équipements présents dans les usines ou les immeubles incorporent en effet des électroniques numériques, qui sont réputées être sensibles aux micro-coupures, pics et creux de tension, harmoniques et plus généralement aux perturbations. Pour être sûr de la qualité de la livraison du produit Electricité, il faut le contrôler. A quel endroit? Au point de livraison chez l industriel, c est-à-dire en général à la sortie du transformateur HT/MT. Qui doit faire le contrôle? Là, c est une affaire de confiance ou de contrat. EDF est souvent amenée à installer à demeure des appareils de contrôle chez l industriel, il effectue des télérelevés des mesures et lui envoie des rapports. Dans beaucoup d autres cas, c est l industriel qui décide d installer lui-même l appareil de contrôle. Que contrôle-t-on? La qualité de la tension. Il s agit de prouver la qualité de la tension, même si elle est bonne. Le fournisseur d électricité ne peut pas garantir la qualité du courant car celle-ci dépend de l installation qui est en aval. En bref La déréglementation du marché de l électricité amène de nouvelles exigences au niveau du contrôle de la qualité du courant La généralisation des électroniques à découpage entraîne une pollution accrue du réseau, et donc des perturbations. La mesure permet de circonscrire le problème Il existe une grande diversité d appareils d analyse, aux frontières souvent mal définies Avant de choisir, il faut d abord cerner très précisément son besoin : mesure ou analyse, poste fixe ou appareil portable, paramètres importants à mesurer, etc. 63

Une norme, l EN50160, donne les valeurs minimum des différents paramètres qui servent à définir la qualité du réseau électrique. Certains fournisseurs proposent à leurs clients d aller au-delà de ces minima. Ce contrôle contractuel a conduit EDF à promouvoir une catégorie particulière d appareils, les qualimètres. Ceux-ci sont apparus il y a une quinzaine d années et il s agissait alors d appareils portables qui permettaient de faire les mesures élémentaires. Aujourd hui, on va beaucoup plus loin et le contrôle est permanent, réalisé avec des appareils installés à demeure dans des racks. Par exemple, l Alptec 2000 d Alpes Technologies capable de calculer 500 paramètres toutes les 200 ms et mémorise en permanence plus de 10000 paramètres. Rappelons qu Alpes Fluke Cet appareil est qualifié d énergimètre.en fait,il mesure pratiquement tous les paramètres qui permettent de qualifier une installation électrique. Technologies (représenté par GP Technologie) a été homologué par EDF,ainsi que le Suisse LEM (pour le QWave Power et le QWave Silver). Ce dernier peut aussi se prévaloir d être le seul à être homologué par RTE (Réseau de Transport d Electricité). Ces homologations sont évidemment très importantes pour les constructeurs concernés, d abord parce qu elles représentent des volumes de commandes importants, et ensuite parce qu elles sont un gage de sérieux (EDF et RTE imposent des conditions très sévères). Cela ne veut pas dire pour autant que les autres n ont pas d arguments à faire valoir. En effet, comme dans tout appel d offres, le choix d EDF ne s est pas fait uniquement des critères techniques. Les appareils en poste fixe ont de grosses capacités mémoire mais ils ont peu de pos- Symptômes des perturbations et causes possibles SYMPTÔMES ORIGINES POSSIBLES Flicker Craux de tension Sous-tension Sous-tension Harmoniques Inter-harmoniques Dysfonctionnement des processus Arrêts aléatoires d équipements de production Arrêts des processus Casse de matériels Echauffement et bruits de matériels Dysfonctionnements sur les moteurs Vibrations et bruits anormaux sur les moteurs Arrêts de moteurs Dysfonctionnement de l électronique Dysfonctionnement de l électronique de puissance Fonctionnement erratique des protections Déclenchements erratiques des protections Déclenchements d arcs Gêne sur les écrans Gêne sur les radiocomm. Perturbations informatiques Destruction de cartes électroniques Destruction de matériels informatiques Papillotement de l éclairage Electrocution Harmoniques homopolaires 64 Micro-coupures Coupures brèves Coupures longues et très longues Transitoires HF Surtensions transitoires Composante continue Déséquilibre triphasé Variation de fréquence Excès d énergie réactive CEM Source : Gimélec et Chauvin Arnoux

sibilités d affichage. L affichage des données se fait sur un PC à l aide d un logiciel spécialisé. Pascal Demuynck, responsable de la gamme instruments portables de LEM,insiste sur cet aspect : «Notre logiciel est basé sur une base de données : il n y a pas de limites pour les enregistrements et on peut avoir immédiatement tous les renseignements relatifs à un critère sélectionné.cela donne beaucoup de possibilités et une grande souplesse à l exploitation. Par exemple,si l exploitant veut comparer des enregistrements qui ont eu lieu à six mois ou un an d intervalle,il a immédiatement le résultat.s il veut comparer les résultats fournis à un instant donné par des appareils installés dans des endroits différents, il lui suffit de sélectionner le paramètre auquel il s intéresse,avec la date,et il a toutes les indications désirées.l utilisateur peut même superposer sur un même graphe les indications données par plusieurs appareils». Contrairement à ce qui se passe dans l univers de l acquisition de données, les logiciels sont en général dédiés aux appareils fournis par le constructeur. Il existe bien un format de fichier normalisé (PQDIF), mais il est assez peu utilisé. Pouvoir expliquer une anomalie Les appareils à poste fixe ne sont pas seulement utilisés pour s assurer de la qualité de la fourniture du courant électrique. Ils servent aussi à expliquer les incidents qui ont pu se produire dans une usine ou un bâtiment. Appareils portables Constructeur Modèle Caractéristiques principales Alpes Technologies Alptec 2000 4U/4I Ech. à 10,2 khz/voie - EN 51160 - Mesures de P, Q, R, S, PF, tan ϕ, etc. Mémoire de 32 Mo à 512 Mo Pas d écran - 37,6x13,2x38 cm Chauvin Arnoux Qualistar CA8332 Tension P-N (600 V) 3 I éch. à 12,8 khz Paramètres EN51160 plus la puissance Pst - 2 Mo - Très compact (24x18x5,5 cm) Qualistar CA8332 Idem CA 8332 mais 4 Mo de mémoire et enregistrement de transitoires pendant 80 ms Qualistar CA8332 Tension P-N (500 V) 4 I éch. à 9,6 khz Option 10 voies analogiques et 2 E TOR - Paramètres EN51160 plus la puissance Pst et Plt - Harmonique rang 50 - Déclenchement sur alarmes Enregistrement de transitoires pendant 10 s 10 Go sur disque dur 36x30x15 cm Dewetron PNA600 4U/4I Ecran déporté 10 Mesures paramètres EN50160, mesures de puissance, flicker Plt et Pst (Dimelco) Acquisition transitoires (éch. 200 Kéch./s) Extension 16 voies analogiques 20 Go 31x34x6 cm Dranetz - BMI PX 4400 4U/4I Ech. 12,8 khz/16 bits Tous paramètres, Flicker Pst et Plt, harmoniques U, I et W (rang 63)- (MB Electronique) Norme IEC61000-4-30 Classe A- Mémoire 32 à 128 Mo Ecran tactile 30x6,4x20,3 cm PX5 Idem précédent mais utilisable aussi pour réseaux 400 Hz Analyse transitoires (Ech. 1 MHz/14 bits) Fluke 1650/01 et 03 4U/5I 6,4 Kéch./s sur 14 bits Pas d écran -Paramètres EN50160, puissance, énergie, PF - Capture de transitoires130 µs Stockage de 96 000 événements - 21,25x30 x7,5 cm 1650/111 et 113 Idem modèle précédent mais 2 Méch/s et capture transitoires 500 ns 430 4U/4I 200 kéch./s - Paramètres EN50160 plus énergie, transitoires, courant de démarrage - IEC61000-4-30 Visualisation 8 courbes simult. Mémoire 50 vues d écran - 25,6x16,9x6,4 cm HT Italia GSC57 Analyseur de réseau mono/triphasé BT selon EN50160 2 Mo/1000 enregistrements de 63 paramètres (Dimelco) Testeur électrique (disjoncteur, terre, etc.) - Mesures grandeurs physiques Ecran 128x128 pixels LEM Analyst 3P 3U/3I Ech. à 10,24 khz Mesures d harmoniques (rang 40), puissance, énergie, PF- Enregistreur de perturbations 24x18x11 cm Analyst 3Q Idem Analyst 3Q, mais 3 ou 4I et mesure des paramètres définis par l EN50160 - Analyst Q70 Analyseur monophasé Paramètres EN50160 Mémoire 3 Mo - 22,5x10,5x7,2 cm Memobox 808 3U/4I Ech. 10,24 khz - Pas d écran Logiciel pour visualiser paramètres EN50160 et puissance - Mémoire 8 Mo - 28,2x21,6x7,4 cm - Topas 1 000 Haut de gamme 8 entrées tension/courant Pas d écran - Ech. jusqu à 10 MHz sur 16 bits - Mesures paramètres EN50160 puissance et énergie - Megger PA-9Plus 3U/3I Ech à 12,8 khz Afficheur 240x64 pixels Paramètres EN50160 - Mesures de puissance, énergie, harmoniques (rang 63), flicker 128 Mo - Metrel (Dimelco) MI2192 3U/3I Paramètres EN50160 plus puissance Harmoniques rang 63 - Fonction oscilloscope 2 Mo Yokogawa PZ4000 Analyseur puissance modulaire Jusqu à 4U/4I BP du CC à 2 MHz 5 Méch./s FFT et analyse (MB Electronique) d harmoniques jusqu au rang 500 Entrées pour capteurs de couple et vitesse (pour installation de variateurs) Mémoire de 100 Kéch à 4 Méch./voie Ecran TFT 640x480-42,6x17,7x45 cm WT3000 Analyseur de puissance ultraprécis (précision de base : 0,02 % de la lecture) Jusqu à 4U/4I - BP 0,1 Hz à 1 MHz Harmoniques jusqu au rang 50 Ecran 640x480 - DL750 Oscilloscope enregistreur 16 voies avec option analyse électrique 10 Méch/s, mémoire 1Gpoints DL7480 Oscilloscope enregistreur 8 voies avec option analyse électrique 2 Géch/s, mémoire 16 Mpoints Zimmer LMG500 4U/4I (le double sur option) Analyseur de puissance, plus (sur option) harmoniques et flicker - (Aeroflex) Grande précision (0,03 %) 3Méch./s Fonction oscilloscope 43,3x14,7x40 cm 65

Bien des analyseurs de la qualité du réseau électrique ont une face avant aveugle.les données,traitées et mémorisées en interne,sont téléchargées à intervalles réguliers pour être visualisées à l aide d un logiciel spécialisées. Lem Alpes Technologies «Tous les industriels ont un jour ou l autre des problèmes de production,qui les oblige parfois à déclasser un lot,voire à le détruire.tous cherchent ce qui a pu se passer. Et une des causes possibles,c est une perturbation importante au niveau de l alimentation électrique.certains industriels installent donc des appareils de contrôle à poste fixe, afin de savoir si le problème ne vient pas du réseau», explique David Guillot, responsable Applications Qualimétrie à Enerdis (groupe Chauvin Arnoux). Il cite aussi un autre exemple, quoique marginal. Certains exploitants de réseaux électriques locaux sous-traitent l entretien de leurs réseaux; afin de s assurer que la maintenance est bien assurée, ils installent des analyseurs à poste fixe. La plupart des industriels ne cherchent pas à mesurer en permanence leur réseau électrique. Ils se contentent souvent de le contrôler pendant une semaine (c est ce que prescrit l EN50160) ou quelques semaines, un peu plus si des problèmes sont mis en évidence. Dans ce cas, un appareil portable fera l affaire. Il en existe pas mal sur le marché, tous capables de mesurer les paramètres spécifiés dans l EN50160. «Au moment de l achat d un appareil,il faut s assurer que toutes les mesures sont faites simultanément.ce n est en effet pas systématique», conseille M. Demuynck (LEM). Quand il s agit de rechercher des causes d une anomalie, la mesure de la qualité de la tension ne suffit évidemment pas. «Pour contrôler le comportement d une installation électrique,il faut obligatoirement s intéresser au courant,qui est beaucoup plus perturbé que la tension», rappelle M. Guillot. Un paramètre important intervient ici : c est l analyse des perturbations, mise en œuvre sur tous les perturbographe (voir notre article sur le sujet dans ce même numéro). Les instruments d analyse électrique sont également indispensables lorsque l on veut installer certains équipements sur un site industriel, comme par exemple un transformateur, des équipements de rephasage, des équipements d éclairage ou un variateur de vitesse sur un moteur, par exemple. D un cas à l autre, on ne s intéressera pas aux mêmes paramètres. Pour certains d entre eux, une valeur absolue globale suffira, pour d autres il faudra une analyse détaillée du signal. Ici, le choix des appareils n est pas facile. Il faut faire le tour de ce qui existe, ne pas trop s attarder aux appellations des produits. Par exemple, un analyseur de puissance électrique fait beaucoup plus que restituer les signaux de puissance. Il faut aussi prendre en compte les capacités d enregistrement des instruments, qui deviennent de plus en plus importantes. Lors du choix, il faut aussi savoir si on veut faire toutes les analyses sur le site. Certains instruments disposent de tout ce qu il faut pour cela, avec un écran graphique, une fonction oscillo et d importantes capacités de stockage. D autres ont une face avant aveugle et nécessitent un PC pour effectuer le traitement. D autres encore ont un écran pour visualiser les paramètres essentiels mais tirent toute leur quintessence du logiciel de traitement sur PC qui leur est associé. Dans certains cas, l instrument est en quelque sorte un frontal d acquisition universel et c est le logiciel qui en fait un contrôleur de puissance, un perturbographe ou un analyseur de puissance (dans ce cas, le logiciel est modulaire et le prix est établi module par module). Vous trouverez dans les tableaux les principaux équipements qui permettent de faire une analyse d une installation électrique. Les caractéristiques sont extrêmement nombreuses, nous nous en sommes tenus à quelques-unes d entre elles. Certaines, pourtant importantes, n ont pas été mentionnées, faute de place. Elles n en sont pas moins importantes. Les niveaux des tensions et des courants d entrée ont par Appareils en rack et poste fixe Constructeur Modèle Caractéristiques principales Alpes Technologies Alptec 2000 Deux versions en rack 12 et 19 pouces 4U/4I Ech. à 10,2 khz/voie - EN 51160 (GP Technologie) Mesures de P, Q, R, S, PF, tan ϕ, etc. Mémoire de 32 Mo à 512 Mo - Enerdis MAP5000* En rack 19 pouces ou 1/2 rack (possibilité de mettre deux appareils côte à côte dans (Chauvin Arnoux) un même rack) 4U/4I Ech. à 12,8 khz 4E/4S TOR, 4E/4S analogiques 8 à 32 Mo MAP 5200* Rack 19 pouces 4U/4I - Ech. à 12,8 khz (1 MHz pour les transitoires) 8 à 16 E TOR, 4 à 8 S TOR, - 4E et 4 à 16 S analogiques Mémoire de 8 à 64 Mo MAP 6000* Idem MAP 5200, mais éch. A 37,5 khz Fluke 1951/1952 4U/5I 6,4 Kéch./s sur 14 bits Tous paramètres EN50160 plus puissance, énergie, PF - Capture de transitoires130 µs Stockage de 96 000 événements - 31,5x29,4x15,2 cm 1958/1959 Idem modèle précédent mais 2 Méch/s et capture transitoires 500 ns LEM QWave Power 3U/3I - Ech. à 10,2 khz/voie - EN 51160 - Mesures de P, Q, R, S, PF, cos ϕ, etc. Mémoire de 4 Mo à 20 Mo - QWave Silver Rack 19 pouces - 3U/3I à 6U/6I (pour contrôler deux transfos) - EN 51160 Mesures de P, Q, R, S, PF, cos ϕ, etc. Mémoire de 4 Mo à 20 Mo - BEN 6000 Appareil pour le contrôle des réseaux de transport du courant électrique *Mesures conformes à l IEC 61000-4-30 Logiciel NRG Center restituant les paramètres de base plus options pour l analyse avancée (harmoniques, perturbations), le comptage, le management (envoi de messages d alertes) et la configuration personnalisée des vues d écran. 66

Des tarifs à la hausse Yokogawa (MB Electronique) Les analyseurs de puissance électrique affichent les formes d ondes avec une définition élevée. Ils apportent une aide précieuse dans de nombreuses applications (pour par exemple installer un variateur de vitesse). exemple une incidence sur la facilité d utilisation des instruments. Pour les mesures électriques comme pour toute mesure, le rôle du capteur est essentiel. Bien sûr, on dira qu ici les shunts ou les transformateurs de courant sont d une grande simplicité. Hervé Mougeot, responsable de projet Power Quality chez Lem invite cependant à une certaine prudence : «Les industriels se soucient trop peu du capteur. Même ceux qui achètent des appareils haut de gamme n utilisent pas toujours le capteur le mieux adapté. Du coup, certaines mesures sont faussées. C est plus particulièrement le cas des mesures de puissance car les capteurs utilisés introduisent un déphasage du courant.nos appareils Topas et Ben corrigent le déphasage avant de faire le calcul de la puissance». M. Mougeot évoque aussi les transformateurs de courant, dont la bande passante (1,5 khz, valeur typique) est trop limitée pour permettre de mesurer les harmoniques de rang élevé. Rappelons que le capteur est la principale activité du constructeur suisse (les applications se situent à l intérieur des équipements, comme les voitures par exemple). Des normes très suivies Notre confrère L Usine Nouvelle a publié dans son numéro du 10 novembre dernier un intéressant dossier sur l ouverture du métier de l électricité. Depuis le 1 er juillet dernier, 3,5 millions de professionnels sont désormais libres de choisir leur fournisseur d électricité. Sur les 19 000 sites qui ont choisi de ne plus être au tarif, les deux tiers ont quitté EDF et s approvisionnent désormais auprès de Electrabel, Snet-Endesa, Poweo, Direct Energie, Gaz Electricité de Grenoble ou un des nombreux distributeurs locaux. Cette ouverture à la concurrence aurait dû logiquement se traduire par une baisse des tarifs. C est tout le contraire qui s est produit. Le MWh, qui coûtait autour de 18 euros en 2000 à la fin du monopole EDF, coûtait 23 euros en mars 2003 et il continue d évoluer à la hausse pour se situer autour des Dranetz (MB Electronique) 34 euros aujourd hui (pour certains profils de consommation, il atteindrait les 55 euros le MWh ). La tendance est la même en Allemagne. Si outre-rhin, la hausse des prix peut s expliquer par la hausse du cours du pétrole (62 % de l électricité consommée est produite à partir de l énergie fossile), elle est plus difficile à justifier en France, où seulement 5,2 % de la production d électricité est basée sur des énergies fossiles (le nucléaire représentant 78 %). «Personne ne comprend», souligne notre confrère. Certains producteurs avancent comme argument que les réglementations en matière de protection de l Environnement et les taxes ont augmenté les coûts. Ils soulignent aussi qu avec les prix pratiqués par le passé, ils n avaient plus les moyens d amortir leurs investissements et qu un réajustement des prix était donc nécessaire Les analyseurs de terrain gagnent en performance mais aussi en convivialité.le modèle présenté ici réalise l acquisition de transitoires,il teste des réseaux 50 Hz et 400 Hz et il est doté d un écran tactile. La normalisation joue un rôle très important dans la mesure électrique. La norme que l on rencontre le plus fréquemment dans les documentations est l EN50160 du Cenelec. Celleci définit les paramètres qui permettent de qualifier la tension délivrée par un réseau électrique. Elle définit donc ce que l on doit mesurer. Les paramètres les plus courants sont la tension efficace, les coupures, les creux de tension, les surtensions, le flicker, la fréquence, les harmoniques (jusqu au rang 40), le déséquilibre du système triphasé. Il existe ensuite un certain nombre de normes qui indiquent la façon dont un paramètre doit être mesuré. Le gros intérêt de ces normes est de permettre de comparer des résultats de mesure, indépendamment de la marque et du modèle d appareil utilisé. Trois normes sont ici plus particulièrement importantes. L IEC 61000-4-7 porte sur la mesure des harmoniques. Cette norme a été publiée en 1993 et elle a été révisée en 2002. Désormais, les interharmoniques sont pris en compte dans le calcul, ce qui n était pas le cas de la première version de la norme. La version 1993 de la norme va être progressivement abandonnée (la date limite d utilisation a été fixée au 1 er octobre 2005). Rappelons que les harmoniques sont les multiples de la fréquence du secteur (50 Hz). Mais dans les installations, les électroniques à découpage travaillent un peu à toutes les fréquences et génèrent leurs propres harmoniques. Ces harmoniques se situent fatalement entre les harmoniques du secteur (d où le nom d interharmoniques). L IEC 61000-4-15 concerne la mesure du flicker (papillotement). Le flicker est mesuré à court terme et à long terme. Le flicker dit de courte durée (ou Pst) est mesuré sur un intervalle de temps de 10 minutes. Le flicker dit de longue durée (ou Plt) est quant à lui calculé sur deux heures en utilisant 12 valeurs de flicker de courte durée. L IEC 61000-4-30 est une norme relativement récente (la première édition date de février 2003) et elle porte sur la mesure de la qualité de l alimentation. Elle précise la façon dont doivent être mesurés tous les paramètres définis par l EN 50160 mais elle est indépendante de celle-ci (elle indique en effet des méthodes de mesure, sans fixer des seuils). Les effets des transducteurs placés entre le réseau et l appareil de mesure sont pris en compte mais ne sont pas traités en détail. Les précautions à prendre pour installer des instruments de mesure sur des circuits sous tension sont indiquées dans la norme. Enfin, la norme se décline en deux versions, A et B, qui se différencient au niveau de l incertitude de mesure associée à chaque paramètre mesuré (la version A est la plus sévère). Jean-François Peyrucat 67