1 -Alimenta on triphasée Distribu on : 3 phases 1,,3 ou A,B,C ou R,S,T et un neutre N Tensions simples Tensions composées 1
1-a : Tensions simples Equa ons horaires : ( ) + = = = 3 sin ) ( 3 sin ) ( sin ) ( 3 1 π ω π ω ω t V t v t V t v t V t v
Triphasééquilibrédirect : ΣV i = 0 Vecteurs de Fresnel : V 1 = V = V 3 = V ϕ = ϕ = ϕ = V 1 / V V / V3 V3 / V 1 π 3 3
1-b : Tensions composées Vecteurs de Fresnel pour un système équilibrédirect 4
u 1 = U sin(ωt + π 6 ) Equa ons horaires : u 3 = U sin(ωt π ) u 31 = U sin(ωt 7π 6 ) 5
1-c : Rela on entre U et V U = V 3 6
1-d : Récepteur triphasééquilibré i i : courants de ligne j i : courants dans les charges ou de phase 7
1-d : Récepteur étoile Tensions et courants (récepteur étoile) I = J i i 8
Puissances (récepteur étoile) On pose, v i cosϕ ϕ = ϕ ϕ = ϕ facteur de puissance Z Puissance ac ve P = 3VI cosϕ = 3UI cosϕ ( W ) Puissance réac ve Q = 3VI sinϕ = 3UI sinϕ ( VAr) Puissance apparente S = 3VI = 3UI ( VA) 9
Pertes par effet Joul e (récepteur étoile) pour les 3 phases P J = 3 RI avec R = r 10
1-e : Récepteur triangle Schémas électriques 11
Puissances (récepteur triangle) On pose, u j facteur de puissance cosϕ ϕ = ϕ ϕ = ϕ Z P = 3JU cosϕ = 3UI cosϕ Q = 3JU sinϕ = 3UI sinϕ S = 3JU = 3UI 1
Pertes par effet Joul e (récepteur triangle) pour les 3 phases P J = 3 RI avec R = r/3 13
Résumé : Couplage étoile Couplage triangle Relation entre U et V Relation entre I et J Déphasage Puissance active U = V 3 U = V 3 I = J I = J 3 ϕ ( I,V ) ϕ( J,U ) P = 3VI cosϕ P = 3UI cosϕ P = 3UJ cosϕ P = 3UI cosϕ Pertes Joule P = = 3 3rI RI P = = 3 3rJ RI Résistance équivalente R = r R = 3 r Puissance réactive Puissance apparente Q = 3UI sinϕ Q = 3UI sinϕ S = 3UI S = 3UI Facteur de puissance cosϕ cosϕ 14
Les textes officiels en basse tension
Les textes t réglementaires r : la protection des personnes Les établissements recevant du public la publication UTE C1-01 regroupe les principaux extraits de règlements relatifs à la protection contre les risques d incendie et de panique dans les ERP : classement des établissements en fonction de la nature de leur exploitation (ex : restaurant, salle de spectacle, école ) de leur catégorie de 1 à 5 en fonction de l effectif du public dispositions applicables à tous les ERP les immeubles de grande hauteur : définition (article R 1- du code de la construction et de l'habitation) : -à50 mètres pour les immeubles à usage d'habitation, -àplus de 8 mètres pour tous les autres immeubles. décret n 67-1063 du 15/11/1967 modifié par l arrêté du 18/10/77 celui du /10/198 relatifs au règlement de sécurité dans les IGH les bâtiments à usage d habitation l arrêté du /10/1969 : protection dans les bâtiments à usage d habitation
Les textes t réglementaires r : la a protection des travailleurs le décret 88-1056 du 14 novembre 1988 relatifs à la protection des travailleurs dans les établissements qui mettent en œuvre des courants électriques Les généralités Conditions générales auxquelles doivent satisfaire les installations Protection des travailleurs contre les risques de contact avec des conducteurs actifs ou des pièces conductrices habituellement sous tension. Protection des travailleurs contre les risques de contact avec des masses mises accidentellement sous tension. Prévention des brûlures, incendies et explosions d'origine électrique. Utilisation, surveillance, entretien et vérifications des installations électriques. Mesures diverses (circulaire d'application du 7 mai) Classification des tensions très basse tension TBT tension nominale en V en courant alternatif en courant continu lissé Un 50 Un 10 basse tension haute tension BTA BTB HTA HTB 50 < Un 500 10 < Un 750 500 < Un 1000 1000 < Un 50 000 750 < Un 1500 1500 < Un 75 000 Un > 50 000 Un > 75 000
Les instances de normalisation Genève Bruxelles Paris normes internationales normes européennes normes française ISO CEN AFNOR IEC CENELEC UTE
Les normes définissant l installation électrique BT Des textes normatifs rassemblant les règles de conception des installations, exemples : norme NF C 13-100 : postes de livraisons HT/BT norme NF C 13-00 : installations électriques HT norme NF C 14-100 : installation de branchement BT norme NFC 15-100 : installations électriques BT
Les domaines d application de la norme NF C 15-100 100 Installations concernées bâtiments à usage d habitation bâtiments à usage commercial établissements recevant du public établissements industriels établissements agricoles et horticoles bâtiments préfabriqués terrains de camping et installations analogues installations temporaires (chantiers, fêtes foraines, foires, expositions ) marinas. installation d éclairage public ou privé Installations non concernées matériel de traction électrique équipement électrique des automobiles installation électriques des caravanes et véhicules de loisirs installations électriques à bord des navires, plates-formes en mer installations électriques à bord des aéronefs installations dans les mines et carrières matériel de réduction des perturbations radioélectriques. clôtures électriques installation des paratonnerres
Les documents pratiques associés à la norme NF C 15-100 100 Exemples : UTE C 15 01 grandes cuisines UTE C 15 401 UTE C 15 411 groupes thermiques systèmes d alarmes UTE C 15 11 locaux à usage médical UTE C 15 41 installations à 400 Hz UTE C 15 107 canalisations préfabriquées NF C 15-100 UTE C 15 150 lampes à décharges UTE C 15 103 influences externes UTE C 15 105 section des conducteurs dispositif de protection UTE C 15 106 conducteurs de protection UTE C 15 801 installations électriques dans les meubles UTE C 15 443 installations parafoudres
Le bilan de puissance Le bilan de puissance
La réalisation r du bilan de puissance Identifier les récepteurs moteurs, éclairage, appareils de chauffage, etc... facteur de puissance, rendement, mode de fonctionnement des récepteurs (courant de démarrage, harmoniques ). Définir les puissances installées, d'utilisation, futures, du contrat STEG, Définir les sources principales de secours Choix des matériels les matériels électriques doivent être choisis en tenant compte : des conditions de service des conditions d influence externe Le bilan de puissance
Le facteur de puissance Puissances : définitions ϕ P (kw) puissance apparente S = U.I Q (kvar) puissance active P = U.I.cosϕ S (kva) puissance réactive Q = U.I.sinϕ S = P + Q Facteur de puissance F p = P S Remarque : appareils de chauffage (résistances) S = P F p = 1 Le bilan de puissance
L éclairage S = Pa = Pn Lampes à incandescence normales ou halogènes : la puissance absorbée est égale à la puissance nominale Appareils d éclairage fluorescent : lampe ou tubes fluorescents avec ballast électronique S = U.I Pn = U I Fp Fp ~ 0,9 en fonction de la lampe Les ballasts électroniques permettent de gagner 0 % sur la consommation d énergie, mais aussi de prolonger la durée de vie des lampes de 50 %. Lampes à décharge : ex :P lampe = 100W U = 30V, I = 1,1 A P avec self =115 W C = 16µF pour cos ϕ > 0,9 Autres systèmes d éclairage : lampes à vapeur de mercure lampes à vapeur de sodium lampes à halogénures métalliques Le bilan de puissance
Le moteur asynchrone Pa = Pu η Puissance active absorbée S Pa = cos ϕ S = U I 3 Puissance apparente Exemple de «Fp»: charge 100% Fp = cos ϕ 0,85 75% Fp = cos ϕ 0,8 50% Fp = cos ϕ 0,73 5% F p= cos ϕ 0,55 Le bilan de puissance
Influences des courants non sinusoïdaux u i M Charges linéaires : une charge est dite linéaire lorsque le courant qui la traverse a la même forme que la tension u i t t u i C R Charges non-linéaires : une charge est dite non-linéaire lorsque le courant qui la traverse n a pas la même forme que la tension. u i t t Le bilan de puissance
Les harmoniques 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5 1.5 1 0.5 0-0.5-1 -1.5 y (t) = h1 (t) + h3 (t) selon la théorie de Fourier, tout signal périodique de fréquence F et de forme quelconque peut être représenté sous la forme d'une somme composée : de l harmonique fondamentale, H1 ( terme sinusoïdal à la fréquence F) des harmoniques de rang n, Hn ( termes sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers du fondamental H1) d'une éventuelle composante continue H1 H3 H5 H7 Ieff = I + I + I + I +... + I Hn les analyseurs de réseau permettent de décomposer un signal périodique quelconque et d en restituer toutes ses composantes sinusoïdales (harmoniques) Le bilan de puissance
La représentation spectrale + E y1 y1 + y3 + y5 Le spectre (de fréquence) 0 π π C'est la représentation de l'amplitude des harmoniques en fonction de leur rang. -E La valeur de chaque harmonique est le plus généralement exprimée en pourcentage du fondamental y5 y3 Yn/Y1 100% 1 3 5 n Le bilan de puissance
Les taux de distorsion harmonique Le taux individuel d'harmonique C'est le rapport de la valeur efficace d'un harmonique de rang n àla valeur efficace du signal fondamental Hn % = 100 x Yn Y1 Le taux de distorsion global par rapport à la valeur efficace du signal fondamental TDH F (%) = 100 Y 3 + Y 5 + Y Y 1 7 +... + Y n par rapport à la valeur efficace totale du signal TDH RMS (%) = 100 Y 3 + Y 5 + Y Y 7 RMS +... + Y n Le bilan de puissance
Les effets des courants harmoniques HTA / BT STEG GE U Augmentation du courant efficace : échauffement des transformateurs échauffement du câble de neutre déclenchement intempestif des protections, fusion fusibles I Déformation de la tension destruction de cartes électroniques perturbation des systèmes de télécommande et télécommunication vibrations et bruits anormaux (transformateurs, tableaux BT, moteurs) claquage de condensateurs M Le bilan de puissance
Les harmoniques : solutions généralesg alimenter les charges polluantes par des circuits dont l origine est la plus proche de la source séparer réseaux d alimentation charges sensibles /charges polluantes éviter le schéma TNC limiter les courants harmonique injectés : inductances de limitation ( variateurs de vitesse, redresseurs, condensateurs) appareils à prélèvement sinusoïdal (correction du facteur de puissance) installer des filtres pour piéger les harmoniques : filtres passifs filtres actifs filtres hybrides surdimensionner l'équipement (augmentation de la Scc) : générateurs câbles protections Le bilan de puissance
Les facteurs de réductionr NF NF C 15-100 15-100 art art 311 311 Facteur d utilisation éclairage chauffage = 1, récepteur à moteur = 0,75. Facteur de simultanéité utilisations facteurs de simultanéité IEC IEC 60439-1 60439-1 Facteur de simultanéité pour armoire de distribution et gaines à barres. éclairage chauffage et conditionnement d air prises de courant ascenseurs () et monte charge -pour moteur le plus puissant -pour le moteur suivant -pour les autres (1) dans les installations industrielles, ce facteur peut-être plus élevé. () IB = IN du moteur + 1/3 de ID. 1 1 0,1 à 0, (1) 1 0,75 0,60 nombre de circuits ensembles entièrement testés et 3 4 et 5 6 à9 10 et plus ensembles partiellement testés choisir dans tous les cas facteurs de simultanéité 0,9 0,8 0,7 0,6 1 exercice 1 Le bilan de puissance
La compensation de l'énergie réactiver La compensation de l'énergie réactive
Principaux consommateurs d'énergie réactive Transformateurs HTA / BT : ex : SN (kva) Q (kvar) à vide en charge 500 9,5 8,7 630 11,3 37,5 800 0 54,5 1000 3,9 7,4 moteurs asynchrones éclairages : àfluorescence Fp 0,5 lampe àdécharge Fp 0,4 à0,6 fours àinduction : Fp 0,4 à0,8 four àarc : Fp 0,8 machine à souder monophasée : Fp 0,5 machine à souder à résistance : Fp 0,8 La compensation de l'énergie réactive
Le facteur de déphasage d (cos ϕ ) u,i U 1 I 1 Le facteur de déphasage «cos ϕ» représente le cosinus de l angle de déphasage entre la tension fondamentale et le courant fondamental ( 60 ou 50Hz) ϕ t P 1 = U 1 I 1 cos ϕ 1 S 1 = U 1 I 1 cos ϕ 1 = P 1 S 1 u,i U I ϕ =? Le facteur de puissance «Fp» est le rapport de la puissance active P avec la puissance apparente S t Fp = P S La compensation de l'énergie réactive
La compensation de l énergie réactiver ϕ tan ϕ = ϕ Q P S' S Q' Qc Pa Q objectifs : réduire les pertes dans l'installation, utiliser au maximum le contrat souscrit, réduire ou supprimer la facturation d'énergie réactive. soulager les câbles en échauffement réduire les chutes de tension amélioration de la qualité de l installation électrique, dans le cas de filtrage : association condensateur+ filtres SAH Q sin ϕ = S puissance batterie de condensateurs (kvar) : Qc = Pa ( tan ϕ tan ϕ ) N.B. : Si Qc est > 800 kvar, la compensation se fera de préférence en haute tension La compensation de l'énergie réactive
Compensation d énergie réactive r : exemple de calcul Installation sans condensateur Installation avec condensateurs Objectif : cos ϕ = 0,9 630kVA 400V 50Hz puissance réactive nécessaire : Q = P (tan ϕ 1 -tan ϕ ) = 30 kvar nouvelle puissance appelée : S = 500 / 0.9 = 543 kva Pa = 50 kw cos ϕ = 0,75 atelier 1 1 Pa = 50 kw cos ϕ = 0,75 atelier Conclusion : transformateur soulagé 87 kva disponibles facture d'électricité réduite Puissance consommée : S = P cos ϕ = 665 kva => transformateur surchargé La compensation de l'énergie réactive
Les techniques de compensation TC In / 5 A cl 1 relais varmétrique du type fixe si Q 15% de Sn automatique en gradin si Q > 15 % de Sn permet la régulation pas à pas de l énergie réactive. La compensation de l'énergie réactive
Les types de compensation Compensation globale compensation par zone compensation individuelle La compensation de l'énergie réactive
Compensation d'énergie réactive r en présence d'harmoniques HT amplification de la distorsion de la tension ( phénomène de résonance) => augmentation des I h dans le réseau I harmoniques transformateur HT/BT ~ = ~ = M 3~ «générateurs»(gh) de courants harmoniques batterie de condensateurs La compensation de l'énergie réactive
Installation des condensateurs : précautions particulières res Evaluer la puissance apparente des charges non linéaires «générateurs d harmoniques»(gh ) : les moteurs à vitesses variables, les convertisseurs statiques (onduleurs) redresseurs, variateurs, les machines à souder, les fours à arcs, les tubes fluorescents. Choisir la gamme de condensateurs selon Gh / Sn (Sn : puissance transformateurs HT/BT) Gh /Sn 0 à 15 % 15 à 5 % > 5 % réseau standard pollué fortement pollué condensateurs standard tension condensateurs majorée de 10% (sauf 30V) ou condensateur type H tension condensateurs majorée de 10% + self anti-harmonique ou condensateur type S.A.H. Normes : les condensateurs relèvent des normes CEI 831 et NF C 54 104. Installation selon NF C 54-104. exercice La compensation de l'énergie réactive
La compensation de l'énergie réactive