Les perturbations électriques en BT

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<p>Collection T echnique ..........................................................................</p> <p>Cahier technique n 141Les perturbations lectriques en BT</p> <p>R. Calvas</p> <p>Les Cahiers Techniques constituent une collection dune centaine de titres dits lintention des ingnieurs et techniciens qui recherchent une information plus approfondie, complmentaire celle des guides, catalogues et notices techniques. Les Cahiers Techniques apportent des connaissances sur les nouvelles techniques et technologies lectrotechniques et lectroniques. Ils permettent galement de mieux comprendre les phnomnes rencontrs dans les installations, les systmes et les quipements. Chaque Cahier Technique traite en profondeur un thme prcis dans les domaines des rseaux lectriques, protections, contrle-commande et des automatismes industriels. Les derniers ouvrages parus peuvent tre tlchargs sur Internet partir du site Schneider Electric. Code : http://www.schneider-electric.com Rubrique : Le rendez-vous des experts Pour obtenir un Cahier Technique ou la liste des titres disponibles contactez votre agent Schneider Electric. La collection des Cahiers Techniques sinsre dans la Collection Technique de Schneider Electric.</p> <p>Avertissement L'auteur dgage toute responsabilit conscutive l'utilisation incorrecte des informations et schmas reproduits dans le prsent ouvrage, et ne saurait tre tenu responsable ni d'ventuelles erreurs ou omissions, ni de consquences lies la mise en uvre des informations et schmas contenus dans cet ouvrage. La reproduction de tout ou partie dun Cahier Technique est autorise aprs accord de la Direction Scientifique et Technique, avec la mention obligatoire : Extrait du Cahier Technique Schneider Electric n ( prciser) .</p> <p>n 141Les perturbations lectriques en BT</p> <p>Roland CALVAS Ingnieur ENSERG 1964 (Ecole Nationale Suprieure dElectronique et Radiolectricit de Grenoble) et diplm de lInstitut dAdministration des Entreprises, il est entr chez Merlin Gerin en 1966. Lors de son parcours professionnel, il a t responsable commercial, puis responsable marketing de lactivit protection des personnes contre le risque lectrique.</p> <p>CT 141 dition janvier 1999</p> <p>Lexique</p> <p>Coupure : absence plus ou moins longue de la tension. Creux de tension : baisse de la tension de plus de 10 %, suivie dun retour dans la plage de variation normale. M. L. I. : Modulation de Largeur dImpulsion (PWM en anglais : Pulse Width Modulation). Perturbation lectrique : tout phnomne perturbateur qui fait sortir londe de tension (ou de courant) du secteur de ses caractristiques nominales. Perturbation lectromagntique : tout phnomne perturbateur de nature lectrique, magntique ou lectrostatique qui peut affecter le secteur et / ou le fonctionnement des appareils lectriques et lectroniques. r. m. s. : root mean square , en franais valeur efficace . Rgime du neutre : Voir schma des liaisons la terre. Schma des Liaisons la Terre (SLT) : Encore parfois appel rgime du neutre . La norme CEI 60364 (en France la NF C 15-100) officialise trois principaux schmas des liaisons la terre qui dfinissent les raccordements possibles du neutre, de la source, et des masses, la terre ou au neutre. Cest en fonction du SLT retenu pour un rseau que sont dfinies les protections lectriques ncessaires. Surtension : dpassement plus ou moins long de Un + 10 %. Surtension brve : onde de tension transitoire caractrise par une monte rapide suivie dune dcroissance plus lente gnralement de caractre priodique. Surtension trs brve : onde de tension transitoire caractrise par une monte rapide suivie dune dcroissante plus lente, gnralement priodique. Tension impulsionnelle : impulsion de dure infrieure 10 ms superpose la tension sinusodale.</p> <p>Cahier Technique Schneider Electric n 141 / p.2</p> <p>Les perturbations lectriques en BTLes rseaux BT sont trs pollus et soumis de multiples agressions. Les matriels lectrotechniques, mais surtout les appareils lectroniques qui sont de plus en plus nombreux et traitent des signaux de plus en plus bas, doivent rsister un environnement lectromagntique svre. Et dans le mme temps les exigences de disponibilit, que ce soit pour la production, la gestion ou le commerce, sont de plus en plus fortes. Pour amliorer la qualit du produit lectricit et viter les dysfonctionnements voire des destructions de composants du rseau lectrique et / ou de rcepteurs sensibles, il est indispensable de comprendre lorigine des perturbations et den apprcier les risques. Voil tout lobjet de ce Cahier Technique. Il est une introduction au vaste domaine de la compatibilit et de limmunit lectromagntique du 50 Hz jusquaux frquences radiolectriques. Dans cet ouvrage lauteur traite de tous les paramtres et de leurs principales anomalies qui permettent de caractriser une alimentation lectrique : c Amplitude : variations - coupures - creux - surtensions, c Frquence : variations, c Forme donde : harmoniques - transitoires - courants porteurs, c Phase : dsquilibre, c Puissance : courts-circuits - surcharges (effets sur la tension).</p> <p>Sommaire1 Les tensions industrielles BT 2 Les perturbations damplitude 3 Les perturbations de londe sinusodale 1.1 Les tensions nominales 1.2 La frquence 2.1 Les creux de tension et les coupures brves 2.2 Les surtensions 3.1 Les gnrateurs 3.2 Les transformateurs 3.3 Les rcepteurs 3.4 Les alimentations dcoupage 3.5 Les fours industriels 3.6 Les courants porteurs 3.7 Les effets des perturbations 4 Les perturbations particulires aux systmes polyphass 5 Les perturbations lectromagntiques 6 Conclusion Annexe 1 : transmission des surtensions travers les transformateurs Annexe 2 : la ferrorsonance Annexe 3 : bibliographie 4.1 Les dsquilibres de courant et tension 4.2 Les dsquilibres de phase 5.1 Champs et rayonnements 5.2 Dcharges lectrostatiques p. 4 p. 4 p. 5 p. 9 p. 16 p. 16 p. 16 p. 17 p. 17 p. 17 p. 17 p. 19 p. 20 p. 21 p. 22 p. 23 p. 24 p. 25 p. 26</p> <p>Cahier Technique Schneider Electric n 141 / p.3</p> <p>1 Les tensions industrielles BT</p> <p>Tous les rseaux subissent, ou sont lorigine, des perturbations. Or, des rcepteurs, mais aussi les appareils de contrle-commande et de protection, sont sensibles la qualit de la tension qui leur est applique. La connaissance et la prise en compte de ces contraintes dalimentation en nergie lectrique savrent donc bien ncessaires : c les constructeurs de matriels lectrotechniques et lectroniques destins un march mondial doivent prendre en compte des tolrances qui varient selon les pays,</p> <p>c les bureaux dtudes et les installateurs doivent aussi prendre en compte ces phnomnes ds la conception des rseaux, et selon les besoins de leurs clients trouver des solutions techniques au niveau des schmas de distribution et de lappareillage. Rappelons que les installations Basse Tension sont soumises la norme CEI 60364 (en France la NF C 15-100).</p> <p>1.1 Les tensions nominalesLe domaine de la BT concerne les tensions : c alternatives : i 1 000 V (frquence i 10 kHz), c continues i 1 500 V. Aussi appeles tensions assignes , elles sont dfinies dans la publication CEI 60038 de 1983. La plus usite des tensions de la BT est 230/400 V , en France elle a t officialise par larrt du 29/05/86. Dans le monde, et jusquen 2003, on trouvera encore diverses tensions nominales : c Europenne : 220/380 V, 50 Hz, c Anglaise : 240/415 V, 50 Hz, c USA : 120/240 V et 480 V, 60 Hz, c Japon : 100/200 V, 50 et 60 Hz. Mais ces tensions varient autour de la tension nominale en fonction de la structure et de la charge du rseau (longueur des conducteurs et variation de la charge) et des systmes rgulateurs du rseau public (ou priv). En Europe, la norme EN 50160 indique quen exploitation normale, pour chaque priode dune semaine, 95 % des valeurs efficaces moyennes sur 10 minutes doivent se situer dans la plage Un 10 %. A titre dexemple, en France, EDF annonce une plage de variation de 10 % mais admet, que temporairement, les tensions puissent scarter de plus de 20 % de la tension nominale. De plus ces variations sont associer la notion de dure, exemples : c permanent Un 10 %, c cinq minutes Un 20 %. Dans les pays en voie de dveloppement, il est possible dobserver frquemment des variations plus fortes que 20 %.</p> <p>1.2 La frquenceEn ce qui concerne la frquence, les variations lentes autour de la valeur nominale 50 ou 60 Hz sont gnralement faibles. Dans les pays europens, dont les rseaux sont interconnects, la norme EN 50160 prcise 50 Hz 1 % pendant 95 % dune semaine, et [+ 4 %, - 6 %] en cas de perturbation trs importante. Ces variations peuvent tre bien plus importantes pour des rseaux autonomes, par exemple sur une le.</p> <p>Cahier Technique Schneider Electric n 141 / p.4</p> <p>2 Les perturbations damplitude</p> <p>Les rseaux sont perturbs, par des variations de charge en exploitation normale, mais surtout par des phnomnes alatoires dont lorigine est accidentelle, courts-circuits par exemple. Un rseau BT est soumis ces deux causes de perturbations quelle que soit leur origine (BT, MT, ou HT).</p> <p>Les deux principales perturbations de lamplitude sont : c les creux de tension et coupures brves, c les surtensions.</p> <p>2.1 Les creux de tension et les coupures brvesLe creux de tension est gnralement dfini comme une baisse de 10 % prs de 100 % de la valeur nominale de la tension pendant un temps compris entre 10 ms et quelques secondes (cf. fig. 1 ). Lorsque la tension est absente (baisse de tension de 100 %) pendant 1 s 1 mn on parle de coupure brve , et entre 10 ms et 1 s de coupure trs brve . Lorsque la dure est i 10 ms, la coupure est gnralement due des phnomnes transitoires ou volontaires, par exemple lemploi de gradateurs. Perturbations dues lexploitation des rseaux HT et MT c Les modifications volontaires de la gomtrie dun rseau provoquent des coupures brves qui peuvent atteindre plusieurs secondes. Mais les rseaux de distribution maills sont moins sensibles ce phnomne. c La mise sous tension de gros transformateurs provoque des creux de tension volutifs dus aux courants denclenchement. Le tableau de la figure n 2 donne, titre dexemple, le courant de mise sous tension des transformateurs MT/BT. Il en est de mme lors de la mise sous tension des condensateurs MT et des gros moteurs : pour les condensateurs le courant dappel peut atteindre 100 fois leur courant nominal (selon CEI 831-1) et jusqu 8 In pendant plusieurs dizaines de secondes pour les moteurs. c Perturbations dues des dfauts sur des rseaux HT et MT (court-circuit et dfaut disolement). Des phnomnes, tels que : dfaut disolement du matriel, coup de foudre, blessure dun cble souterrain, mise la terre dun conducteur arien, provoquent des courts-circuits qui gnrent des chutes de tension importantes dans une zone plus ou moins tendue autour de lorigine du dfaut ; ceci avant la mise hors service de llment dfectueux par les protections. Paralllement les usagers directement desservis par llment en dfaut sont dfinitivement ou temporairement privsAmplitude de la tension v</p> <p>v 10 % &lt; v i 100 %</p> <p>t (ms)</p> <p>t t &gt; 10 ms</p> <p>Coupure</p> <p>Fig. 1 : creux de tension (v) et coupure.P (KVA) ne Constante de temps (s)</p> <p>=15 14 12 12 12 11 10 10 9 9 8</p> <p>I encl. In</p> <p>crte</p> <p>transformateur</p> <p>50 100 160 250 400 630 800 1000 1250 1600 2000</p> <p>0,1 0,15 0,2 0,22 0,25 0,3 0,3 0,35 0,35 0,4 0,45</p> <p>Fig. 2 : valeur des courants denclenchement et constante de temps des transformateurs MT/BT lors dun enclenchement ct MT (lors dun enclenchement ct BT, ne est 2 fois plus lev).</p> <p>dalimentation. Ces phnomnes affectent tous les niveaux de tension, mais particulirement les rseaux MT (20 kV). Pour chaque dfaut, le nombre et le type des creux de tension et coupures brves dpendent des protections et des automatismes de renclenchement utiliss.</p> <p>Cahier Technique Schneider Electric n 141 / p.5</p> <p>En France : v sur les rseaux THT (400 et 225 kV), diffrents renclencheurs sont en service : - renclencheurs monophass lents fonctionnant en cas de dfaut monophas : la dure de la coupure est de lordre de 1,5 2 s, - renclencheurs triphass lents (dfauts polyphass) dont le fonctionnement est assujetti au contrle de synchronisation des tensions : la dure de la coupure est de lordre de 5 s. Ces renclencheurs sont aussi utiliss sur les rseaux HT (90 et 63 kV). v sur les rseaux MT ariens (5 20 kV) pour lesquels le neutre est mis la terre par une impdance limitant le courant de dfaut homopolaire 300 A, au niveau du poste source des disjoncteurs shunt permettent llimination des dfauts monophass fugitifs (contacts avec des branches), ceci sans gne pour lusager BT (cf. fig. 3 ). Par contre, les dfauts polyphass sont traits par des renclencheurs rapides et lents qui provoquent des creux de tension sur la BT (cf. fig. 4 ). Environ 75 % des dfauts sont limins aprs le renclenchement rapide qui correspond la classique coupure brve de 300 ms.</p> <p>v sur les rseaux MT souterrains (5 20 kV). Il ny a pas a priori de dfaut fugitif, donc tout dfaut entrane la mise hors tension dfinitive de la partie concerne du rseau. De ce fait les rseaux souterrains (ville) sont organiss soit en double drivation (cf. fig. 5 ), soit le plus souvent en boucle ouverte (cf. fig. 6 ). Des automatismes permettent de ralimenter les postes HT/BT exempts de dfaut en moins dune minute.</p> <p>N</p> <p>300 A</p> <p>Disjoncteur shunt</p> <p>Fig. 3 : limination dun dfaut monophas par un disjoncteur shunt qui en court-circuitant le dfaut permet lextinction de larc.</p> <p>a) Courant appel par le dpart en dfaut HT</p> <p>In0</p> <p>t (s)</p> <p>b) Tension sur le dpart en dfaut Un 0</p> <p>MT</p> <p>u</p> <p>t (s)</p> <p>Dpart en dfaut c) Tension sur les autres dparts Un 0 0,1 Origine du dfaut 0,5 Renclenchement rapide Ouverture disjoncteur 0,3 15 0,5 Renclenchement lent</p> <p>u</p> <p>t (s)</p> <p>Dfinitif</p> <p>Ouverture disjoncteur</p> <p>Ouverture disjoncteur</p> <p>Principe : Sur un rseau MT en arien, la plupart des dfauts sont fugitifs, aussi le disjoncteur en tte de chaque dpart est quip dun automatisme qui tente deux renclenchements (parfois trois) : c le premier instantanment (dure douverture + fermeture : 0,3 s), c le second aprs environ 15 s.</p> <p>Fig. 4 : variations de tension lors des renclenchements rapides et lents sur un rseau de distribution MT.</p> <p>Cahier Technique Schneider Electric n 141 / p.6</p> <p>Poste HT/MT</p> <p>Poste HT/MT</p> <p>Circuit A Circuit B </p> <p>U Arrive A Arrive B Rseau aliment par... 1 0 1 0 1 0 A B A t tf tf</p> <p>t f = 5 ou 25 s</p> <p>Fig. 5 : alimentation MT en double drivation. Dans lencadr, squence de lautomatisme dun permutateur Merlin Gerin conforme aux spcifications EDF (France).</p> <p>Transformateurs HT/MT</p> <p>Poste HT/MT</p> <p>Chemin d'alimentation de tous les postes sauf le n 1</p> <p>Chemin d'alimentation du poste n 1</p> <p>Transformateur MT/BT</p> <p>Transformateur MT/BT Poste n 1 Point d'ouverture de boucle</p> <p>Transformateur MT/BT</p> <p>Fig. 6 : alimentation MT en boucle ouverte (coupure dartre).</p> <p>Cahier Technique Schneider Electric n 141 / p.7</p> <p>Perturbations dues lexploitation des rseaux BT Les creux de tension observs sur un r...</p>