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Puissances, Énergies, Perturbations – présentation du 24/0305 - 1
PUISSANCES
ÉNERGIES
PERTURBATIONS
Créé par
Marie-Aude MASSIN Alain KOHLER
Chef de Produits Chef de Marché
Présentation
S.WOLFF ET L. PITOIZET

 LES CHARGES LINEAIRES
Hier, la majorité des charges utilisées sur le réseau électrique étaient
des charges dites LINÉAIRES : charges appelant un courant de forme
identique à la tension, c’est à dire quasi sinusoïdal comme les
convecteurs électriques ou encore les lampes à incandescences.
HIER

 LES CHARGES DEFORMANTES
 Les récepteurs présents
déforment les signaux
électriques du courant
et de la tension.
AUJOURD’HUI
 Les signaux analysés
s’éloignent de l’allure
sinusoïdale de départ.

 LE SPECTRE HARMONIQUE
Un signal déformé est la somme des signaux
sinusoïdaux, d'amplitudes, de fréquences et
multiples de la fréquence du signal fondamentale.
.
.
Fond
Harmo
f
f
rang
Décomposition harmonique d’un signal déformé.

 LE SPECTRE HARMONIQUE (suite)
Types de charge Appareils concernés Courant absorbé Spectre harmonique
correspondant
Récepteur résistif
- Fours industriels à
résistances régulées par
commande à trains
d’ondes
- Lampe à incandescence,
convecteurs, chauffe-eau.
Eclairage
- Tubes fluorescents,
- Lampes à vapeur HP.
Redresseur monophasé
à diodes avec filtrage
Alimentation à
découpage
- Micro-informatique,
- Télévisions,
- Lampes à ballast
électronique.
Récepteurs consomment
de l'énergie réactive

Redresseur triphasé à
diodes avec filtrage
- Variation de vitesse des
moteurs asynchrones.
Gradateur monophasé
(commande par angle de
phase)
- Régulation de puissance
de fours à résistances,
- Modulation de puissance
des lampes halogènes.
Redresseur triphasé à
thyristors
- Variation de vitesse des
moteurs à courant
continu et des moteurs
synchrones,
- Electrolyseurs.
Moteur asynchrone - Machines outils,
- Appareils
électroménagers,
- Ascenseurs.
Types de charge Appareils concernés Courant absorbé Spectre harmonique
correspondant

 LA PROBLÉMATIQUE
Conclusion :
Cette tension déformée est commune à tous les autres
récepteurs du réseau.
Elle est préjudiciable au bon fonctionnement de
l'ensemble des récepteurs raccordés sur ce réseau.
Présence de charges
déformantes
Courant déformé
Courant
déformé x
Impédance interne
des générateurs
Tensions
harmoniques
=
Tensions
harmoniques = Tension non sinusoïdale
=

 EFFETS DES HARMONIQUES
Effets immédiats Pertes par effet Joule
 Dégradation du facteur de puissance
 Réduction de la puissance des moteurs
 Surcharges des câbles , transformateurs et moteurs
 Disjonctions intempestives
 Augmentation du bruit dans les moteurs
 Surdimensionnement de certains composants :
conducteur du neutre, d'alimentation, batteries de condensateurs
 Réduction de la durée de vie des moteurs
 Réduction de la durée de vie des transformateurs
 Vieillissement accéléré des isolants et des diélectriques
Effets à moyen et long terme

 COS φ ET FACTEUR DE PUISSANCE
Le cosinus φ est le déphasage entre la fondamentale "Tension" et
la fondamentale "Courant" dans le cas de signaux non déformés.
Puissance active :
P = U x I x cos φ
²
² Q
P
S 

Puissance apparente :
= U x I
S
P
Fp = cos φ

S
P
Fp
²
²
² D
Q
P
P
S
P
Fp




 La charge non linéaire, lorsqu’elle est soumise
à une tension sinusoïdale, absorbe un courant
dit "déformé" : il n’y a plus proportionnalité
entre courant et tension.
 On intègre dans cette formule la puissance dite
DÉFORMANTE qui traduit les effets de la distorsion
harmonique.
COS φ ET FACTEUR DE PUISSANCE (suite)
 Le cosinus φ n’est plus applicable, on parle
alors de : FACTEUR DE PUISSANCE

 VOUS AVEZ DIT ENERGIE REACTIVE !

 INTÉRÊT DU RELEVEMENT DU
FACTEUR DE PUISSANCE
 Une réduction de la chute de tension de ligne
La compensation d’énergie réactive apporte :
 Un allègement de la facturation pour l’abonné
 Une augmentation de la puissance disponible
sur l’installation
 Une diminution des pertes

 QUE FAIRE ?
 Compenser l'installation grâce à l'adjonction de
batteries de condensateurs
Formule : Qc = P ( tan - tan ')

' S
S'
Pactiv
e
Q'
Qc
Q
 Réduire le taux d’harmoniques

 PRINCIPAUX PHENOMENES
 Les phénomènes de résonance proviennent de
la présence d’éléments capacitifs et réactifs sur
le réseau d’alimentation électrique
(ligne, transformateur, capacité de relèvement de facteur de puissance)
Les risques : Destruction des condensateurs de
compensation d’énergie réactive
Les phénomènes de résonance
Ils génèrent des amplitudes élevées sur certains
rangs harmoniques (rangs 5 et 7 par exemple).

Les échauffements dans les conducteurs
et équipements électriques
 Les conducteurs électriques véhiculent les courants
harmoniques qui produisent, par effet Joule, un
échauffement des conducteurs au même titre que le courant
fondamental. Malheureusement, les harmoniques ne
contribuant pas au transfert de la puissance active, ils
créent uniquement des pertes électriques et participent à la
dégradation du facteur de puissance de l’installation.
 Les condensateurs sont particulièrement
sensibles à la circulation des courants
harmoniques du fait que leur impédance
décroît proportionnellement au rang des
harmoniques en présence dans le signal
déformé.
G C Z
Source
Compensation de
l'énergie réactive
charge non
linéaire
B B'
A A'
Is
Ic
Iz
Exemple :

 Des déclenchements intempestifs des
dispositifs magnétiques des disjoncteurs
peuvent se produire, notamment dans
le domaine des installations tertiaires
comprenant un parc de matériel
informatique important.
Ils sont bien souvent dus aux problèmes
de pollution harmonique.
Les facteurs de crêtes élevés
Les disjoncteurs assurant la protection
des installations électriques comprenant
des matériels informatiques voient leur
seuil de sensibilité atteint lors des
pointes de courant engendrés par des
signaux déformés ayant des facteurs de
crête importants.

 Les courants harmoniques de
rang 3, le fondamental x 3,
soit 150 Hz, à partir
des 3 phases vont s’additionner,
ceux-ci étant en phase.
Ils donnent naissance dans le
conducteur du neutre à la
circulation d’un courant.
I Neutre = 3 fois I Harmoniques 3
Les effets dans le conducteur du Neutre
Remarque : De nombreux incendies de bâtiments industriels sont dus à l'échauffement
excessif du conducteur du Neutre.

ASPECT
NORMATIF
Rang de l'harmonique Taux en %
3
5
7
9
11
13
15
17
19 (1)
21 (2)
5
6
5
1,5
3,5
3
0,3
2
1,5
0,2
 Dans le cadre de la fourniture d'électricité, les taux de tensions harmoniques
ne doivent pas dépasser les valeurs précisées dans le tableau suivant.
Ces valeurs représentent des taux individuels calculés par rapport au
fondamental à 50 Hz, sachant que le taux global d'harmonique en tension ne
doit pas dépasser 8 % dans une installation de distribution basse tension.
Les valeurs de taux d'harmonique individuel sont données dans le tableau
ci-après.
- Niveau de compatibilité pour les tensions harmoniques individuelles

 LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES
 Utilisation de transformateurs propre à chaque équipement
- Une solution contre l'harmonique 3 et ses multiples de rangs impairs
(9, 15, 21, 27,…) :
Primaire
Câblé en triangle
Secondaire
Câblé en étoile
Cette solution est intéressante car elle permet l'élimination des rangs
harmoniques les plus perturbateurs.

 Filtres passifs
 Filtre résonnant, extrêmement efficace
pour éliminer une harmonique de rang
particulier "filtre passe-haut"
 Filtre amorti, filtrage de toutes les
fréquences inférieures au rang considéré
"filtre passe-bas"
 Mise en place de filtre(s) :
 LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES (suite)
 Filtres actifs
Injecte des courants harmoniques
équivalents mais en opposition de phase
de ceux émis par les appareils.

 ATTENTION AUX PIÈGES EN MAINTENANCE "CURATIVE"…
 Attention au risque de surcompensation
R
Z
Secteur
230 V AC
Ballast
magnétique
Charge
(tube fluo)
C' Capacité de
Compensation
Charge
(tube fluo)
Capacité de
découpage
C R
Secteur
230 V AC
Redressement
Ballast
électronique
Montage Capacitif
Montage inductif
- Un exemple avec l'éclairage "Économique" :
Culot
E27

QUELS PARAMETRES
ALLONS NOUS MESURER
POUR QUANTIFIER
ET QUALIFIER
CES HARMONIQUES ?

 Les appareils numériques dit R.M.S
réalisent la mesure efficace d’un signal
ALTERNATIF quelque soit sa forme,
sinusoïdal ou déformé
.
.
.
²
2
7
2
5
2
3
.
.
. 



 Ih
Ih
Ih
l
fondamenta
I
I S
M
R
 FORMULES
Valeur RMS
Appareil RMS
Même mesure :
I = 16 A
Appareil NON RMS
Mesure :
I = 12 A
Courant mesuré

 Facteur de Crête
414
,
1
2
I
I
FC
efficace
Max



 Charge linéaire : soit 1,414  Absence d'harmonique
 Matériel informatique : 2 à 3  Présence d'harmoniques
 Variateur de vitesse : environ 2  Présence d'harmoniques
2
 Dans le cas d’une charge linéaire

 Le taux distorsion harmonique global
 Rapport de la valeur efficace de l’ensemble des courants harmoniques du
signal sur la valeur efficace du même signal à la fréquence fondamentale
 Le facteur de distorsion global
 Rapport de la valeur efficace de l’ensemble des courants harmoniques
du signal sur la valeur efficace du signal
2
2
2
2
1
...
4
3
2
A
A
A
A
THD


 A ou V
%
2
2
2
2
...
3
2
0
Aeff
A
A
A
DF


 % A ou V

1
A
An
n 

%
75
12
9
1
3



A
A
n

Exemple pour l’harmonique 3 :
 Détermination de la valeur efficace du
rang d’harmonique considéré ainsi
que de son pourcentage par rapport à
la fondamentale
 Le taux distorsion harmonique rang par rang
100 %
n
1 3 5 7 9

 Les différentes perturbations selon la EN 50160
 Coupures
 Creux de tension, surtensions
 Fluctuations lentes
 Fluctuations rapides
 Déséquilibres
 Fréquence
 Harmoniques

Les différentes perturbations selon EN 50160 (suite)
 Coupures brèves,
longues et creux
de tensions
Ici, la norme donne des valeurs indicatives
Coupures brèves de tension :
En utilisation normale, il se produit de brèves coupures avec
une fréquence variant de 10 à 100 événements par an.
La durée reste en général inférieure à 1 seconde.
Coupures longues de tension :
De durée supérieure à 3 min, ces événements sont considérés
hors du domaine de validité de la norme et pour lesquelles
il n’est pas possible de donner de valeurs indicatives.
Origine :
- Effets imprévisibles des intempéries et causes externes.
Creux de tension :
Diminution de la tension en dessous de 90 % de Un.
Le nombre de creux peut varier de 10 à 10000 durant une année.
La plupart ont une durée inférieure à 1 seconde et un niveau le
plus bas de 60 % de Un.
Origine :
- Appel de courant important sur le réseau, démarrage de
récepteur forte puissance, défaut sur le réseau : court-circuit,
défaut de terre, commutation de charge.

 Les Surtensions
Origine :
Foudre, fusion de fusible, enclenchement
de condensateur, coupure de contacteur…
 Surtensions transitoires
Entre Phase et Terre :
- Les surtensions ne dépassent
généralement pas 6 kV.
- Le temps de montée peut varier
de quelques microsecondes à
plusieurs millisecondes
 Surtensions temporaires :
En Basse Tension :
- la surtension peut atteindre la valeur de tension
entre phase, à cause du déplacement du point
de neutre du réseau triphasé.
En Moyenne Tension :
- réseau neutre à la terre, raccordés directement
ou avec impédance,
la surtension ne devra pas dépasser 1.7 Uc
- réseau à neutre isolé ou résonant, elle ne
devra pas dépasser 2.0 Uc

 Variations lentes
 Origine :
 Élévation ou baisse de la valeur
efficace de la tension (V) en raison
d’une variation de charge sur le réseau
 EN 50160 :
 95 % des valeurs efficaces moyennées
sur 10 minutes doivent se situer dans
la plage définie de tension nominale
Un +/- 10 %

 Variations rapides
"Flicker"
 EN 50160 :
Variation rapide de tension, ne
dépasse généralement pas 5% de Un.
Origine :
 Fonctionnement de certains appareils à charge fluctuante (soudeuse, four à arc),
 Mise en service de gros moteur avec courant d’appel élevé,
 Variations de charge dans les installations des clients ou de manœuvre sur le réseau.
 EN 60868 : Sévérité du papillotement ou Flicker
Pour chaque période d’une semaine, le niveau de sévérité de longue durée du
papillotement lié aux fluctuations de la tension, le Plt doit être inférieur ou égal
à 1 pendant 95 % du temps.
Plt = Perturbation pendant un temps long - Pst = Perturbation pendant un temps court

Pour prendre en considération les mécanismes de la vision et établir une méthode représentative de la
gêne, le Flicker doit être évalué sur une période de temps suffisamment représentative. De plus, en
raison de la nature aléatoire du Flicker provoqué par certaines charges, il faut admettre que pendant
cette période le niveau instantanée de Flicker peut varier considérablement et de façon imprévisible.
Un intervalle de 10 Min a été jugé comme étant un bon compromis. Il est assez long pour éviter
d’accorder trop d’importance à des variations isolées de tensions. Il est aussi assez long pour permettre
à une personne non avertie de remarquer la perturbation et sa persistance, mais il est en même temps
assez court pour permettre de caractériser de façon fine un matériel perturbateur avec un long cycle de
fonctionnement.
Les gênes sont détectées à partir d’un Pst égal à 1.
La période 10 min sur laquelle a été basée l’évaluation de la sévérité du Flicker de courte durée est
valable pour l’estimation des perturbations causées par des sources individuelles telles que les
laminoirs, pompes à chaleurs ou appareils électrodomestiques. Dans les cas ou l’effet combiné de
plusieurs charges perturbantes fonctionnant de manière aléatoires (par exemple postes de soudure,
moteurs) doit être pris en compte, ou quand il s’agit de sources de Flicker à cycle de fonctionnement
long ou variable ( four électrique à arc ), il est nécessaire d’utiliser un critère pour évaluer la perturbation
ainsi créée sur une longue durée.
La sévérité du Flicker pendant un temps long, Plt, sera déduite des valeurs de la sévérité du Flicker
pendant des temps courts, Pst, sur une durée appropriée liée au cycle de fonctionnement de la charge
ou sur une période pendant laquelle un observateur peut être sensible au Flicker, par exemple quelques
heures. Dans le C.A 8350, le temps est fixé à 120 min.
Flicker, quelques explications :

 Variation de fréquence
 EN 50160 :
La valeur moyenne de la fréquence
fondamentale mesurée pendant 10
secondes sur des réseaux de
distribution doit être compris dans
l’intervalle : 50 Hz ±1 %
pendant 95 % d’une semaine.
 Déséquilibre
 EN 50160 :
Le déséquilibre est définit par l’écart de symétrie du système triphasé,
caractérisé par l’égalité des modules de tension en valeur efficace et leurs
déphasages relatifs.
Pour chaque période d’une semaine, 95% des valeurs efficaces calculées
sur 10 min de la composante inverse de la tension d’alimentation doit se situer
entre 0 et 2% de la composante directe.

 Les harmoniques
et les inter-harmoniques
Origine: présence de charges
non linéaires sur le réseau
 EN 50160 : la valeur moyenne sur 10 min
de la valeur efficace des harmoniques ne
doit pas dépasser la valeur limite définie,
pour chaque rang, en pourcentage de la
tension nominale Un pendant 95% d’une
semaine.
Exemple : H3:5%, H5:6%, H7:5%, H9:1.5%, H11:3.5%….)
Le taux global d’harmoniques (THD) ne doit pas excéder 8%
de l’amplitude de la fondamentale.

 COMMENT MESURER ?
 Il existe 4 groupes de produits dans le domaine
de l’analyse d’énergie :
 Groupe 1 : Appareils de diagnostic en monophasé
 Groupe 2 : Appareils simplifiés de terrain pour l’analyse de
1er niveau en mono ou triphasé équilibré
 Groupe 3 : Appareils de terrain d’enregistrement et d’analyse
en T3FNE
 Groupe 4 : Appareils complexes d’analyse de haut niveau

 LES PINCES DE PUISSANCES
MX 240 MX 2040
LES ACCESSOIRES OPTIONNELS
ADP 1
Sortie analogique
Courant
ADP 2
Sortie analogique
Courant
Tension
Puissance
Résistance
ADP 3
Sortie RS 232
Tout paramètres
SX-DCOM
Le logiciel
de traitement
de données

 LES PUISSANCEMÈTRES
PX 110
Monophasé
PX 120
Monophasé
et
Triphasé
HX 0011
Commutateur
de Wattmètre
HX 0012
Transfo
Multirapport
Liaison RS 232
optique
HX 0013
Logiciel de
traitement de données

 LES PINCES PUISSANCES ET HARMONIQUES
La pince
Wattmétrique
F 27

UTILISATION F27
Connaître la qualité de l'énergie distribuée
Mesurer facilement et surement les puissances
Détecter une pollution harmonique
Rechercher et mesurer les sources harmoniques
Optimiser une installation en livraison d'énergie
Contrôler les chargeurs et les batteries
Réduire les pertes dues au facteur de puissance
Réduire les pertes dues aux distosions harmoniques
Corriger les problèmes de qualité d'alimentation
Contrôler les transformateurs
Analyser les données d'un système d'énergie

 L’ANALYSEUR DE PUISSANCES & D'HARMONIQUES
QUALISTAR
C.A 8334

Principales grandeurs mesurées
- Tension RMS AC : Tensions simples, jusqu'à 480 V - Tensions composées, jusqu'à 830 V
- Courant RMS AC : Jusqu'à 240 A (Pinces MN) et jusqu'à 3000 A (AmpFlex)
- Tensions et Courants PEAK
- Fréquences : de 40 à 70 Hz (fondamentale)
- Puissances : Actives, réactives, Apparentes. Par phase et cumulées
- Énergies : Actives, Réactives, Apparentes
- Harmoniques : en Tension, Courant ou Puissance. Jusqu'au rang 50
Principales valeurs calculées
- Courant de Neutre
- Facteurs : de crête (courants et tensions), K pour les courants (adaptation rapport de
transformation) pour les transformateurs de courant), de puissance, de déplacement et
de la tangente.
- Effet "Flicker" pour les tensions
- Déséquilibres entre phases (tensions et les courants)
- Taux de distorsion harmonique
- Valeur moyenne de n'importe quelle valeur calculée
Fonctions complémentaires
- Traitement graphique, Alarmes, Enregistrement, Datation et caractéristiques
des perturbations (surtensions, creux et coupures…), Stockage
- Impression immédiate de l'écran sur l'imprimante, Mémorisation d'écran
- Communication numérique à liaison optique
PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES

Ecran Oscilloscope
Ecran Puissance
Ecran FFT
Ecran Fresnel
Trois modes d'affichage
Phase "observation"
Mode forme d'onde : Graphique, Tableau, Vectoriel.
Mode transitoires : Le mode transitoires, capture d'événements sur la tension
et le courant avec déclenchements sur seuils.
Phase "diagnostique"
Mode harmoniques : Fonction harmonique en VA et mode "EXPERT" .
Ce dernier permet d'analyser l'influence des harmoniques sur l'échauffement
du neutre ou sur les machines tournantes.
Phase "surveillance"
Mode enregistrement : Lors d'un enregistrement, tous les paramètres désirés sont
sauvegardés avec visualisation graphique de ces paramètres.
Un bargraph permet d'apprécier la durée totale d'enregistrement.
Mode puissance/énergie : Affiche toutes les valeurs relatives à la puissance et à l'énergie.
Les touches "Start" et "Stop" permettent, respectivement, de déclencher et d'arrêter les
cumuls des énergies.
Mode alarme : Les alarmes étant définies lors de la configuration de l'appareil, le mode
alarme permet d'éditer tous les dépassements ayant eu lieu pendant la prise de mesure.
Configuration
La configuration intuitive, des représentations graphiques sont privilégiées.
Photographie d'écran
En appuyant sur une touche, l'appareil effectue une copie de l'écran.
La mise en mémoire de l'écran visualisé est automatique avec horodatage.
Aide
La touche Aide explique les fonctions se rapportant à l'écran visualisé.
Notices commerciale et de fonctionnement interactives sur CD ROM
(Notions fondamentales, Modules pédagogiques, T.P, Référentiels,…)

MISE EN SITUATION
DE QUELQUES APPAREILS
DE MESURAGE
EN MILIEU
INDUSTRIEL

L1
L3
L2
N
PE
Pince de terre C.A 6415
pour mesurer chaque mise à la terre
C.A 6541 / 43 / 45 / 47
Isolement
entre conducteurs actifs
(installation hors tension
et récepteurs débranchés)
(installation hors tension)
QualiStar - C.A 8334-MN
Mesure de la qualité du réseau
"harmoniques, puissance T4FNE,
énergies, transitoires, FFT,
Fresnel, variations de tension,..."
F27 : Pince de
puissances (T3FE)
et harmoniques
Fournisseur
d'énergie
Moteur
+
-
L A M E S U R E I N D U S T R I E L L E
C.A 6525
MX 2040 : Pince de puissances
Triphasé équilibré
Terre
du
Neutre
C 37
Pince courant de fuite
F05 : Pince Multimètre
et de puissance / Facteur
de puissance
Terre des Masses (d'utilisation)
PE
Le QualiStar
et ses accessoires
- Pince MN 93 - 240 A
- Pince C 193 - 1000 A
- Pince PAC 93 - 1400 A
- Ampflex A 193 - 3000 A
MN 93 : 3 x Pinces
jusqu'à 240 A
Qualistar - Exemples d'écrans

MERCI
DE VOTRE
ATTENTION

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