AMÉLIORATION DE LA QUALITÉ DU RÉSEAU BASSE TENSION PAR COMPENSATION AVEC L’ÉNERGIE

AMÉLIORATION DE LA QUALITÉ DU RÉSEAU BASSE TENSION PAR COMPENSATION AVEC L’ÉNERGIE 

ETAT DE L’ART SUR LA QUALITE DU RESEAU ET LA COMPENSATION CLASSIQUE 

 L’énergie électrique est transportée par les réseaux électriques qui se composent de l’ensemble des câbles électriques connectés entre eux. Chaque réseau est relié à un autre par l’intermédiaire d’un transformateur qui permet d’élever ou de diminuer la tension. Ce sont les transformateurs qui fixent le niveau de tension au départ d’un réseau. Cette tension chute généralement au fur et à mesure que l’on s’éloigne du poste d’alimentation (du transformateur). Du côté de la distribution, le niveau de la tension est de 220 V en monophasé ou de 380 V en triphasé. La chute de tension admissible est fixée par la norme imposée par chaque pays. A Madagascar, elle est de 5%. D’autre part, les producteurs de l’électricité doivent fournir aux consommateurs de l’énergie électrique sans interruption et possédant une qualité imposée par les cahiers de charges, c’est-à-dire que la tension doit être sinusoïdale et sans harmoniques, la fréquence doit être respectée, le facteur de puissance ne doit pas descendre en dessous de la limite et le réseau doit être protégé contre tous les incidents électriques.

 La qualité de la tension 

La qualité d’énergie ou de la tension est le concept d’efficacité de classer les équipements sensibles d’une manière qui convient à l’opération de l’équipement. La tension électrique est caractérisée par la fréquence, l’amplitude, la forme d’onde et la symétrie [CRA_03]. Avec une bonne régulation, la qualité de la tension peut être dégradée par des perturbations qui selon leur type et leur durée peuvent être classées comme suit [HYD_01]:  Phénomènes de longue durée ou permanents (> 1mn)  Phénomènes transitoires lents (>0,008 s et ≤ 1mn)  Phénomènes transitoires rapides (≤ 0,008 s) A part ces phénomènes, la qualité de la tension peut être aussi dégradée par [KOU_06]: • Les imperfections dans les installations du réseau électrique pouvant entraîner ainsi des court-circuits dans un poste, une ligne aérienne, un câble souterrain, etc. • Les phénomènes naturels tels que la foudre, le givre, et les tempêtes • Les matériels comme le vieillissement d’isolants… 

Phénomènes de longue durée ou permanents [HYD_01] 

Ces phénomènes de perturbation ont une durée typiquement longue, c’est-à-dire supérieure à une minute. a) Variation de tension en régime permanent Dans un réseau électrique, l’amplitude de la tension en régime permanent varie en fonction des caractéristiques de conception du réseau, des variations de charge et des changements d’état auxquels il est soumis. En pratique, il est d’usage de corriger la tension en régime permanent à différents points du réseau, soit au moyen des changeurs de prises automatiques dans les postes de transformation et sur certaines lignes de distribution, soit avec des dispositifs plus modernes associés à l’électronique de puissance. Les variations de tension en régime permanent s’évaluent en faisant la moyenne quadratique des écarts en valeur efficace par rapport à la tension nominale sur des intervalles de temps d’intégration de 10 minutes. b) Tension de neutre (Tension neutre-Terre) C’est la tension qui existe entre une électrode de mise à la terre reliée au neutre et une électrode de référence distante de 10 mètres. Dans le milieu agricole, on le nomme souvent « tension parasite » car elle peut causer un malaise chez certains animaux et peut nuire à la production de la ferme. Dans le réseau électrique, la variation de l’amplitude de la tension neutre-terre dépend d’une part de l’amplitude du courant homopolaire qui résulte de la répartition de la charge entre les trois phases du réseau et d’autre part de la diffusion de ce courant entre le fil du neutre et le sol. Cette diffusion est fonction des impédances de mises à la terre, de la nature du sol, de son taux d’humidité etc. L’évaluation de la tension de neutre se fait par le calcul de la moyenne quadratique des valeurs efficaces échantillonnées sur une période de 10 minutes tout comme la tension en régime permanent. La tension neutre-terre peut atteindre momentanément des valeurs élevées (quelques Kilovolts dans les pires conditions), dans un mode perturbé comme : le court-circuit à la terre ou les manœuvres monopolaires… c) Interruption La compagnie d’électricité approvisionne en électricité sous réserve des interruptions pouvant résulter d’une situation d’urgence, d’un accident, d’un bris d’équipement ou du déclenchement de l’appareillage de protection du réseau. Elle peut interrompre, en tout temps, l’approvisionnement de l’électricité aux fins de l’entretien, de la réparation, de la modification, de la gestion du réseau ainsi que pour des fins d’utilité publique ou de sécurité publique. En ce qui concerne les interruptions accidentelles, elles peuvent être dues à des causes internes ou externes. Étant donné les variantes que présente l’architecture des réseaux et les effets imprévisibles des actions de tiers ou des intempéries, il est difficile d’établir des fréquences annuelles et des durées moyennes types pour ces types d’interruptions. L’évaluation de la quantité de ces interruptions se fait par le calcul de l’indice de continuité qui est une valeur cumulative pondérée sur une année ; il peut résulter de plusieurs interruptions ou d’une seule interruption de plus longue durée. A partir de cette valeur on peut alors connaître la qualité de la continuité de service du réseau. Il s’exprime en heures. d) Tension harmonique Les harmoniques sont des tensions ou des courants sinusoïdaux dont les fréquences correspondent à des multiples entiers de la fréquence fondamentale (50 Hz). On considère dans la présente définition les harmoniques de longue durée, excluant les phénomènes transitoires isolés. Ces harmoniques sont dues à des appareils dont la caractéristique tension/courant n’est pas linéaire, comme dans le cas des convertisseurs électroniques de puissance des entraînements de moteurs, ainsi que les redresseurs utilisés pour l’électrolyse, et les fours à arc, etc. Pour quantifier les tensions harmoniques, on mesure individuellement leur amplitude @ qui est généralement exprimée en pourcentage de l’amplitude de la tension fondamentale @A . Le taux des harmoniques individuels  et le taux des harmoniques total  correspondent à la valeur efficace des tensions harmoniques mesurées sur des intervalles de temps d’intégration de 10 minutes. Ils se calculent par les relations suivantes : − Taux des harmoniques individuel :  = QR QS × 100 % (ℎ: ?YZ! ℎY?7Z&[I) (I-1) − Taux des harmoniques total :  = \∑ ^ QR QS _  ` a × 100% (I-2) e) Déséquilibre de tension L’indice de déséquilibre de tension sert à caractériser les asymétries d’amplitude et de déphasage des tensions triphasées en régime permanent. On définit alors le taux de déséquilibre de tension par la méthode des composantes symétriques qui est le rapport existant entre le module de la composante inverse de la tension et celui de la composante directe. Pour les tensions triphasées, leurs déséquilibres sont dus soit aux asymétries d’impédance des lignes du réseau ou soit aux déséquilibres de charge. L’évaluation du taux de déséquilibre se fait au moyen de la valeur efficace des composantes directes et inverses de tension sur des intervalles de temps d’intégration de deux heures dans les conditions habituelles d’exploitation. On exclut de cette évaluation les périodes pendant lesquelles la tension des trois phases qui est inférieure à 50% de la tension nominale. f) Papillotement (flicker) Le papillotement est un phénomène traduisant l’inconfort physiologique éprouvé au niveau de la vision à la suite des changements répétitifs de luminosité de l’éclairage. À certaines fréquences, l’effet des très faibles variations de tension sur l’éclairage est perçu par l’œil. La plupart des appareils ne sont toutefois pas perturbés par ce phénomène. Ce dernier est souvent dû aux variations répétitives de tension qui peuvent être causées par certaines charges industrielles comme les machines à souder, les laminoirs, les gros moteurs à charge variable, les fours à arc, etc. L’évaluation du papillotement se fait par le biais de l’indice de sévérité qui est évalué sur les intervalles de temps d’intégration de deux heures. Il se mesure avec un flickermètre. 

Phénomènes transitoires lents 

Ce sont les phénomènes qui se déroulent dans un intervalle de temps compris entre 0,008 seconde et 1 minute. Ils peuvent provoquer l’arrêt des équipements ainsi que l’arrêt des procédés industriels et peuvent entraîner aussi un mauvais fonctionnement des équipements [HYD_01]. a) Coupure brève La coupure brève est un phénomène qui correspond à la perte momentanée de la tension d’alimentation sur toutes les phases pour une durée inférieure à 1 minute. Dans la plupart des cas, elle est due à l’action des dispositifs de protection des réseaux en vue d’éliminer les défauts. Sur les lignes aériennes, en moyenne tension, pour assurer une meilleure continuité de service, il est de pratique courante d’effectuer de un à trois réenclenchements automatiques dans le but de réalimenter le plus rapidement possible une ligne perturbée par un défaut fugitif. Ainsi, au lieu d’une interruption, les clients alimentés par la ligne perturbée ne subissent qu’une à trois coupures brèves dont la durée respective peut varier de 2 à 60 secondes. En pratique, on considère à titre de coupures brèves les affaissements de tension au cours desquels la tension résiduelle est inférieure à environ 10 % de la tension nominale. b) Creux de tension Il s’agit un phénomène de réduction soudaine de plus de 10% de la tension nominale, suivi de son rétablissement après une durée variant de 8 millisecondes à une minute. Les creux de tension sont généralement attribuables à des forts appels de courant dus à des défauts de réseau ou des installations des clients. La fréquence annuelle de creux de tension est imprévisible et varie énormément selon l’endroit, le type de réseau et le point d’observation. Ainsi leur répartition sur une année peut être très irrégulière. L’évaluation des creux de tension se fait par la mesure de son amplitude par le pourcentage de réduction de tension, de leur durée, et par le temps pendant lequel la tension efficace de l’une des phases évaluées à chaque cycle consécutif de l’onde de 50 Hz tombe en dessous du seuil de 90% de la tension nominale. On continue la mesure jusqu’à ce que la tension excède à nouveau le seuil. c) Surtension temporaire La surtension temporaire est une hausse soudaine de la valeur efficace de la tension de plus de 110% à sa valeur nominale et qui se rétablit après une courte duré attribuables à des défauts, à des délestages de charge…Dè surtensions qui se produisent sur les phases saines lors des court terre. De même, on évalue la surtension temporaire pa pendant laquelle la tension efficace de l’une des phases évaluée 50 Hz passe au dessus du seuil de 110% de sa nominale. On poursuit l’opération jusqu’à ce que la tension des trois phases tombe à nouveau sous ce seuil. d) Variations de fréquence La valeur de la fréquence nominale de la tension alternative est déterminée par la vitesse des alternateurs des centrales. Elles sont généralement observées sur des réseaux non interconnectés ou des réseaux du groupe électrogène. Dans les conditions normales d’exploitation, la valeur moyenne de la fréquence fondamentale doit être comprise dans l’intervalle 50 Hz ± 1%. La variation de la fréquence dépend essentiellement de l’équilibre établi entre la la puissance des centrales. Comme cet équilibre évolue dans le temps, il en résulte de petites variations de fréquence dont les teneurs dépendent des caractéristiques de la charge et de la réponse de la production. En outre, le réseau peut être importantes dues à des défauts, des variations de charge ou de production qui causent des variations de fréquence temporaires dont l’ampleur dépend de la sévérité de la perturbation.