- Dans un monde qui a fait le choix de l’électrification, il est indispensable de ne pas sous-estimer l’importance de la relation entre la qualité de l’énergie et la compatibilité électromagnétique (CEM).
- Schaffner Industrial présente les problématiques liées à des niveaux élevés de distorsion et comment y remédier pour préserver un fonctionnement optimal des équipements électriques.
Auteur Alexander Kamenka, vice-président global des ventes, Schaffner Industrial.
Lorsque les concepteurs travaillent sur le développement de produits ou composants électroniques, il est souvent difficile de maîtriser la relation complexe entre la compatibilité électromagnétique (CEM) et les interférences électromagnétiques (IEM). La meilleure stratégie consiste à intégrer des filtres dans la conception d’origine.
Le rôle de la qualité de l’énergie dans ce processus est souvent mal interprété, notamment l’importance de la relation entre la qualité de l’énergie et la compatibilité électromagnétique. Il est impératif que les concepteurs qui ont été sensibilisés aux problèmes de compatibilité et interférences électromagnétiques prennent également en compte la qualité de l’énergie. Si ces trois facteurs ne sont pas traités correctement, et en même temps, il est à peu près certain que les produits ou dispositifs qui y seront exposés seront endommagés.
Pourquoi la qualité de l’énergie est-elle importante ?
Nous vivons dans un monde où l’électricité occupe une place majeure et croissante. La continuité de l’approvisionnement, sa qualité et sa disponibilité est importante aujourd’hui, et le sera encore plus demain. C’est pourquoi les ingénieurs doivent comprendre comment optimiser tous ces aspects et connaître les solutions disponibles.
Dit plus simplement, si vous recherchez une utilisation fiable et efficace de l’énergie, vous devez comprendre le concept de compatibilité électromagnétique et associer cela à la distribution d’un courant de bonne qualité. La qualité de l’énergie est une priorité majeure dans nos sociétés. Sinon, les dispositifs électriques dont nous dépendons tous ne pourraient tout simplement pas atteindre les niveaux de fiabilité et d’efficacité requis.
De manière générale, l’énergie serait gaspillée (une chose que plus personne ne peut se permettre), l’efficacité des réseaux et lignes électriques serait affectée, les équipements tomberaient de plus en plus en panne et des dommages seraient inévitables. D’autre part, d’un point de vue financier, il a été estimé que les problèmes de qualité de l’énergie coûtent près de 10 milliards d’euros par an rien que pour l’Union européenne. Cela crée pour les ingénieurs une incitation forte à résoudre ce problème.
Lorsque l’on tente d’appréhender la relation entre la compatibilité électromagnétique et la qualité de l’énergie, il est important de comprendre que leurs différences se rapportent aux fréquences du courant. En Europe, les fréquences commencent généralement à 50 Hz et peuvent atteindre plusieurs MHz selon l’application. En termes de qualité de l’énergie, la plage à cibler se situe entre 50 Hz et environ 2,5 Khz, ce qui est couvert par la norme européenne de qualité de l’énergie EN 50160. La compatibilité et les interférences électromagnétiques ne deviennent généralement problématiques qu’au niveau de 2,5 KHz.
Distorsions harmoniques
Les distorsions harmoniques du réseau électrique constituent la principale source de perturbation de la qualité de l’énergie du réseau électrique. Les distorsions harmoniques indésirables résultent de l’altération de la forme d’onde d’un signal. Cela peut perturber des systèmes électriques, créer de la surchauffe, endommager les équipements et perturber la transmission et la consommation d’énergie. Plus il y a de distorsions dans l’alimentation, moins l’énergie est efficace et fiable. De nombreux pays fixent des plafonds de distorsion harmonique dans la loi.
Dans l’industrie, un nombre significatif de problèmes et de dysfonctionnements sont imputables à une mauvaise qualité de l’énergie. Les dispositifs risquent de surchauffer et de nécessiter un remplacement anticipé, ce qui induit des coûts pourtant évitables. Si un moteur tombe en panne sur un site de fabrication, par exemple, cela risque de bloquer l’ensemble d’un processus de production. Et sans aller jusqu’à la panne, une mauvaise qualité d’énergie peut créer des conditions de fonctionnement des machines moins efficace et instable, source de retards, de perturbations et de frais imprévus. En prenant des mesures contre les distorsions harmoniques et en éliminant les pertes, les industriels peuvent optimiser le fonctionnement de leurs installations tout en réduisant leurs coûts.
Au 21e siècle, les moteurs sont de loin les équipements les plus sollicités dans le domaine de l’électronique et les variateurs sont très présents dans les usines en raison de leur fonctionnement économique. Plus précisément, près de 50 % de la consommation totale d’énergie est actuellement imputable aux moteurs. L’inconvénient de cela est que la prolifération des moteurs augmente inévitablement le niveau de distorsions harmoniques présentes sur les réseaux électriques. Les variateurs font l’objet de vérifications poussées en laboratoire, mais il est difficile de savoir ce qui va se passer lorsque plusieurs centaines d’entre eux fonctionnent ensemble sur un grand site de production.
Préservation de la qualité de l’énergie
De façon regrettable, de nombreux ingénieurs perçoivent actuellement la relation entre la qualité de l’énergie et la compatibilité électromagnétique comme une sorte de « boîte noire » insondable. Toutefois, il est clair que les ingénieurs doivent toujours chercher à atténuer le risque de perturbation, améliorer l’efficacité et la qualité générale du réseau électrique et des environnements électromagnétiques. Pour ce faire, ils doivent maîtriser des facteurs vitaux, tels que la stabilité de la tension, la distorsion de la forme d’onde, la compatibilité électromagnétique et l’immunité aux interférences.
Il est simplement impossible de négliger le volet qualité de l’énergie, qu’il s’agisse de concevoir un produit ou de mettre en place une usine. La compatibilité électromagnétique et la qualité d’énergie doivent toujours être abordées ensemble pour minimiser les pertes. Les ingénieurs doivent prendre du recul et ne pas se limiter uniquement aux interférences ou à l’amélioration de la qualité de l’énergie. Il existe cependant peu de fournisseurs de solution capable de les aider sur tous ces points.
Qualité de l’énergie et compatibilité électromagnétique
Pendant de nombreuses années, Schaffner s’est spécialisé dans des solutions qui traitent de front la qualité de l’énergie et la compatibilité électromagnétique. Elles incluent des filtres d’entrées et de sorties, des filtres d’harmoniques passifs et actifs, des réacteurs de ligne et des simulateurs de qualité de l’énergie.
Les filtres d’entrée garantissent une alimentation stable et nette en traitant les harmoniques et la puissance réactive. Ce qui réduit les interférences électromagnétiques, lisse les tensions d’alimentation et filtre le bruit indésirable. Un filtre de sortie élimine le bruit et l’ondulation d’un signal, afin d’obtenir une tension fluide et stable en sortie pour plus de performances et de stabilité. Les filtres de sortie de Schaffner non seulement réduisent les pertes d’énergie, mais permettent à ses clients d’utiliser des câbles d’alimentation plus longs. Ce qui peut être crucial dans des applications telles que l’extraction minière.
Les filtres passifs d’harmoniques atténuent des fréquences spécifiques, tandis que les filtres actifs annulent les harmoniques, améliorent la qualité de l’énergie et réduisent les distorsions. Les réacteurs en ligne sont généralement couplés à d’autres filtres dans le cadre d’une solution globale, améliorent la qualité d’énergie et protègent les équipements en contrôlant le flux de courant. Ce qui réduit les distorsions harmoniques et stabilise les niveaux de tension.
Outils de simulation
Schaffner développe également des simulateurs de qualité de l’énergie. La simulation est la seule option viable dans de nombreuses applications. Par exemple, lors de la phase préalable à la construction d’une usine, il faut réaliser des calculs sur l’équipement pour convenir d’investissements et de budgets. Désormais, les ingénieurs disposent d’un outil qui leur permet de calculer le nombre de filtres requis. Le simulateur de qualité d’énergie intègre des facteurs tels que le nombre d’équipements, la ou les sources d’alimentation, les charges et les longueurs de câble, ainsi que le simulateur, évaluent le niveau de distorsion et proposent la solution de filtre optimale, ce qui inclut le nombre de filtres et leur emplacement. Une fois l’équipement installé, le simulateur permet de s’assurer que les calculs reflètent la situation réelle.
