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LYCÉE ST GATIEN
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TRAVAUX PRATIQUES
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Pollution d’un réseau
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Système :
Harmonique de courant
Puissance déformante
Facteur de puissance et cos
Sensibilisation à la CEM
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BTS ÉLECTROTECHNIQUE
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Présentation du problème
Sous tension sinusoïdale de fréquence 50Hz, seul un courant sinusoïdal et de même fréquence 50 Hz apporte la puissance active nécessaire à l’équipement alimenté par cette tension.
Or, la plupart du temps, les appareils n’appellent pas un courant purement sinusoïdal : le courant est plus ou moins déformé (par rapport à la sinusoïde). Ainsi, seul le fondamental à 50 Hz de ce courant déformé contribue, avec la tension, à l’apport de la puissance active consommée par l’équipement. Les harmoniques de courant n’apportent pas cette puissance (car leurs fréquences sont différentes de 50 Hz) mais contribuent malheureusement à augmenter inutilement l’intensité efficace du courant véhiculée par les câbles d’alimentation.
Plusieurs normes existent pour cadrer ce sujet et parmi les plus importantes :
CEI 61000-1-1 : Pour définir les harmoniques.
CEI 61000-2-1 à 5 : Pour les réseaux basse fréquence et transmission.
CEI 61000-3-2 à 6 : Pour les limites d'émission de courant harmonique.
CEI 61000-4-1 à 15 : Pour les essais et les immunisations des matériels.
EN 50160 : Pour les caractéristiques de la fourniture de la tension par les réseaux publics.
Le guide UTE C15-105 : Pour le dimensionnement des câbles en présence d'harmoniques.
Manipulation
Banc de test : oscilloscope numérique / PC / … (à préciser)
Equipement de mesures : analyseur de réseau Chauvin Arnoux CA8332B, en mode ‘’Harmoniques’’
Oscilloscope numérique (facultatif)
Un ordinateur alimenté sous 230V possède une allure de courant non sinusoïdal. Son allure est typique d’une alimentation redressée par un pont de Graetz avec lissage capacitif.
Effectuer le montage ci-contre.
Programmer l’analyseur de réseau CA8332B pour une visualisation de la tension et du courant aux bornes de l’équipement testé.
Nb : plusieurs boucles de courant, permettant de ‘’multiplier’’ la valeur du courant sont mises à disposition, compte tenu de la valeur minimale de lecture de la pince MN93A.
Visualiser l’allure de la tension et du courant grâce au montage ci-dessus.
Représenter les oscillogrammes correspondants
Relever les informations suivantes :
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Information
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Valeur
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Courant efficace dans la ligne
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Tension efficace aux bornes de l’ordinateur
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Puissance active P
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Puissance réactive Q
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Puissance apparente S
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Facteur de puissance PF
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Cos DPF
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Représenter l’allure des spectres en fréquence de la tension et du courant de ligne.
Spectre en tension
Spectre en courant
Relever également les taux d’harmoniques en tension (THDV) et en courant (THDI).
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Rang
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Fréquence
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Tension (%)
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Courant (%)
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1
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f1 = 50 Hz
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100
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100
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3
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f3 =
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5
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f5 =
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7
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f7 =
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9
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f9 =
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11
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f11 =
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13
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f13 =
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15
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f15 =
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17
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f17 =
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19
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f19 =
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21
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f21 =
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….
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fn =
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THD (%)
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Note : Les courants harmoniques sont les composantes sinusoïdales d'un courant électrique périodique décomposé en série de Fourier. Les harmoniques ont une fréquence multiple de la fréquence fondamentale, généralement de 50 ou 60 hertz dans les réseaux électriques.
Les tensions harmoniques possèdent une définition analogue.
La théorie des harmoniques et les séries de Fourier seront reprises en Physique Appliquée et en Mathématiques.
Exploitation des résultats
Facteur de puissance et cos
Les mesures du facteur de puissance (PF) et du cos (DPF) donnent-ils un résultat différent ? Qu’en conclure ?
Donner la différence de définition entre le facteur de puissance (PF) et le cos (DPF)
Taux de distorsion harmonique
En reprenant les résultats tirés de l’analyse spectrale et en vous aidant des annexes (cf ‘’calcul du taux de distorsion harmonique’’), recalculer ces taux d’harmonique et comparer les résultats obtenus avec les taux THDV / THDI donnés par l’analyseur de réseau. Conclure.
D’après vos résultats et selon la norme NF C 15-105 (cf annexe), le réseau électrique considéré est-il ‘’pollué’’ en tension, en courant ? Justifier.
Puissance déformante (D, unité VAD)
La puissance déformante est directement liée à la présence des harmoniques de courant
Qu’appelle t’on puissance déformante (cf Internet) ?
Calculer la puissance déformante   que génère l’équipement testé.
Impact sur le courant de ligne et le choix de la section
On considère une installation électrique monophasée en PVC3 véhiculant 19A.
A l’aide des annexes, donner la section du câble cuivre pour la phase et le neutre (méthode de pose B)
En l’absence de perturbation réseau
Avec votre taux THDI précédemment calculé
Conclure sur la nécessité de combattre les harmoniques
ANNEXES
Mode de représentation : le spectre en fréquence
Le spectre est un histogramme fournissant l’amplitude de chaque harmonique en fonction de son rang.
Son examen permet d’apprécier à la fois quels sont les harmoniques en présence et leur importance respective
Calcul du taux de distorsion harmonique
L’une des solutions destinées à déceler la présence d’harmoniques est le calcul du THD, taux de distorsion harmonique. Il en existe 2 sortes :
en tension (apparaît à la source)
en courant (dû aux charges).
Ce taux de distorsion harmonique correspond au rapport entre la réelle valeur efficace de l’harmonique d’un signal (U ou I) et sa valeur efficace à la fréquence du fondamental.
Taux de distorsion harmonique en tension : 
Taux de distorsion harmonique en courant : 
Lorsque le THD est égal à zéro, on peut conclure qu’il n’y a pas d’harmoniques sur le réseau.
Prise en compte des courants harmoniques par la norme NF C 15-105 (extraits)
analyse prévisionnelle du taux de distorsion harmoniques en courant de rang 3 et multiple de 3.
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Taux d’harmoniques
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Effets prévisibles
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THDU < 5 % et THDI < 10 %
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Néant
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5 % < THDU < 8 % ou
10 % < THDI < 50 %
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Pollution significative,
effets nuisibles possibles
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THDU > 8 % et THDI > 50 %
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Pollution forte,
dysfonctionnement probables
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Taux d’harmoniques de rang 3
en courant > 15 %
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Courant non négligeable
dans le neutre
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Choix de la section de phase en l’absence de facteur de correction
Choix de la section du neutre selon NF C 15-105
si Taux d’harmoniques de rang 3 (et multiple de 3) < 15% pas de modification
calcul des sections des câbles de phases
mise en œuvre de l’équilibrage des phases
application de la règle du 1/2 neutre protégé
Cu
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Sphase
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16
|
25
|
35
|
50
|
70
|
95
|
120
|
150
|
185
|
240
|
300
|
400
|
Sneutre
|
Sph
|
16
|
25
|
25
|
35
|
50
|
70
|
70
|
95
|
120
|
150
|
185
|
Al
|
Sphase
|
|
25
|
35
|
50
|
70
|
95
|
120
|
150
|
185
|
240
|
300
|
400
|
Sneutre
|
|
Sph
|
25
|
35
|
35
|
50
|
70
|
70
|
95
|
120
|
150
|
185
|
Si 15% < Taux d’harmoniques de rang 3 < 33 %
calcul des sections des câbles de phases
mise en œuvre de l’équilibrage des phases
application de la section de phase au câble du neutre
si Taux d’harmoniques de rang 3 > 33 %,
calcul de la section des câbles de phases
mise en œuvre de l’équilibrage des phases
application d’un coefficient de 1,45 sur l’intensité nominale I phase pour calculer Ineutre
calcul de la section du câble neutre.
P sur
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