Glossaire des problèmes de qualité de l'alimentation

Il existe de nombreux types de problèmes de qualité de l'alimentation et de problèmes d'alimentation, chacun pouvant avoir des causes diverses et variées. Pour aggraver encore le problème, il est trop courant que différents problèmes de qualité de l'alimentation puissent se produire simultanément, de manière interchangeable ou aléatoire. Ce qui suit est un bref résumé des problèmes d'alimentation typiques.

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coupure électrique

Lorsque la tension chute en dessous de 10 % de sa valeur nominale, on parle d'interruption ou de black-out. Les interruptions ont trois classifications : momentanées (durée de 30 cycles à 3 secondes), temporaires (durée de 3 secondes à 1 minute) et soutenues (durée supérieure à 1 minute).

Bien que les interruptions soient la forme la plus grave de problème d'alimentation, elles sont également les moins susceptibles de se produire. Les chutes de tension sont souvent confondues avec une interruption parce que l'équipement s'arrête ou que l'éclairage s'éteint puisque la tension est tombée en dessous du point auquel ces appareils peuvent fonctionner.

Alors que les baisses de tension et les sous-tensions représentent généralement plus de 92 % des problèmes d'alimentation, les interruptions représentent moins de 4 % de ces problèmes.

Baisse de tension (sous-tension)

La sous-tension est une baisse de tension inférieure à 90 % de sa valeur nominale pendant plus d'une minute. La sous-tension est parfois appelée "coupure de tension", bien que ce terme ne soit pas officiellement défini. La baisse de tension est souvent utilisée lorsque le service public réduit intentionnellement la tension du système pour répondre à une forte demande ou à d'autres problèmes.

Les symptômes de sous-tension peuvent aller de zéro à un dysfonctionnement quotidien de l'équipement ou à une panne prématurée de l'équipement. La sous-tension peut passer inaperçue jusqu'à ce qu'un nouvel équipement soit installé ou que le système électrique soit autrement modifié et que la nouvelle charge combinée diminue (voir Baisse) la tension à un point où les symptômes deviennent apparents. Outre le dysfonctionnement évident des équipements, une sous-tension chronique peut entraîner une usure excessive de certains appareils comme les moteurs car ils auront tendance à chauffer trop si la tension est basse.

La sous-tension est généralement un problème chronique aggravé par un certain nombre de facteurs indépendants de la volonté de l'utilisateur final. Les services publics d'électricité tentent de maintenir les niveaux de tension fournis aux clients à ± 5 %. Cependant, des facteurs tels que la météo, une forte demande et d'autres peuvent faire chuter la tension du secteur dans une plage de ± 10 %. Même dans des conditions idéales, la plupart des clients verront une baisse des niveaux de tension des services publics au cours de la journée, car la demande commence à augmenter vers 8 h et culmine vers 15 ou 16 h.

Les caractéristiques du système de distribution peuvent également contribuer à des situations de basse tension chronique. Par exemple, les clients à l'extrémité d'une longue ligne peuvent être soumis à une chute de tension permanente due aux pertes de ligne en plus des variations de tension du secteur.

Bruit de ligne électrique

Le bruit de ligne électrique est défini comme une interférence radioélectrique (RFI) et une interférence électromagnétique (EMI) et provoque des effets indésirables dans les circuits des systèmes informatiques. Les sources de problèmes comprennent les moteurs, les relais, les dispositifs de commande de moteur, les transmissions de diffusion, le rayonnement micro-ondes et les orages électriques distants. RFI, EMI et d'autres problèmes de fréquence peuvent entraîner le blocage de l'équipement et des erreurs ou des pertes de données.

Variation de fréquence

Une variation de fréquence implique un changement de fréquence par rapport à la fréquence de service normalement stable de 50 ou 60 Hz, selon votre emplacement géographique.

Cela peut être causé par un fonctionnement erratique des générateurs de secours ou des sources d'alimentation CVCF et VVVF à fréquence instable. Pour les équipements sensibles, les résultats peuvent être une perte de données, une défaillance du programme, un blocage de l'équipement ou un arrêt complet.

Fréquence

Le réseau électrique chinois fonctionne à 50 Hertz ou 50 cycles par seconde. En raison, littéralement, de la "masse" du système électrique américain, il est très peu probable de rencontrer des problèmes de fréquence. Pratiquement tous les appareils électriques sont capables de fonctionner correctement à des variations de fréquence bien plus importantes que celles que l'on pourrait voir en Chine

Le concept de fréquence très stable ne s'applique pas aux systèmes fermés où l'électricité est produite sur place. Même les grands groupes électrogènes diesel peuvent avoir des problèmes de fréquence.

Distorsions harmoniques

Il s'agit d'un nouveau type de panne sur les lignes électriques qui devient de plus en plus fréquente. Ils sont dus à l'utilisation toujours croissante d'équipements électriques à absorption non linéaire tels que : redresseurs, convertisseurs, variateurs, alimentations à découpage. Ce défaut peut provoquer de fortes surcharges sur les lignes et les transformateurs, l'explosion des condensateurs de compensation d'énergie réactive, des indications erronées sur les appareils de mesure et, d'une manière générale, un mauvais fonctionnement de tout type d'appareillage électrique.

Harmonique

Les harmoniques sont une distorsion récurrente de la forme d'onde qui peut être causée par divers appareils, notamment les variateurs de fréquence, les alimentations non linéaires et les ballasts électroniques. Certains types de conditionneurs de puissance comme les transformateurs ferrorésonnants ou à tension constante (CVT) peuvent ajouter une distorsion harmonique significative à la forme d'onde.

La distorsion de la forme d'onde peut également être un problème avec les alimentations sans interruption (UPS) et d'autres conditionneurs d'alimentation basés sur des onduleurs. L'onduleur n'ajoute pas réellement de distorsion, mais comme l'onduleur synthétise numériquement une forme d'onde, cette forme d'onde peut être carrée ou irrégulière plutôt qu'une onde sinusoïdale lisse.

Les symptômes de distorsion harmonique comprennent la surchauffe et les problèmes de fonctionnement de l'équipement

Perturbations à haute fréquence

Ils sont très courants et facilement détectés par quiconque regarde la télévision. Ceux-ci sont à l'origine de l'effet "tempête de neige" et de ces lignes fastidieuses qui apparaissent parfois à l'écran. Elles sont causées par les étincelles générées dans les moteurs à courant alternatif, l'« effet couronne » sur les lignes à haute tension, les allumeurs des enseignes lumineuses et des brûleurs, les champs magnétiques émis par les stations de radio et de télévision. Les perturbations de ligne, également connues sous le nom de bruit HF, ne créent généralement pas de problèmes sur les équipements électromécaniques, mais causent souvent des dommages sur les équipements électroniques.

Pointes haute tension

Les pics de haute tension se produisent lorsqu'il y a un pic de tension soudain pouvant atteindre 6 000 volts. Ces pointes sont généralement le résultat de coups de foudre à proximité, mais il peut également y avoir d'autres causes. Les effets sur les systèmes électroniques vulnérables peuvent inclure la perte de données et des circuits imprimés brûlés.

Bruit

Le bruit est une distorsion à haute fréquence de la forme d'onde de tension. Causé par des perturbations sur le système de distribution ou par des équipements tels que des soudeurs, des appareillages de commutation et des émetteurs, le bruit peut souvent passer inaperçu.

Des niveaux de bruit fréquents ou élevés peuvent entraîner un dysfonctionnement de l'équipement, une surchauffe et une usure prématurée.

Encochage

L'encoche est une perturbation de polarité opposée à la forme d'onde de tension normale (qui est soustraite de la forme d'onde normale) durant moins d'un demi-cycle. Les encoches sont souvent causées par des interrupteurs électroniques ou des conditionneurs d'alimentation défectueux.

Bien qu'il ne s'agisse généralement pas d'un problème majeur, l'encoche peut entraîner un mauvais fonctionnement de l'équipement, en particulier de l'électronique.

Baisse de puissance

L'affaissement est la réduction de la tension alternative à une fréquence donnée pendant une durée de 0,5 cycle à 1 minute. Les sauges sont généralement causées par des défauts du système et souvent le résultat de la mise en marche de charges avec des courants de démarrage à forte demande.

Surtension

Une surtension se produit lorsque la tension est de 110 % ou plus au-dessus de la normale. La cause la plus fréquente est l'arrêt des équipements électriques lourds. Dans ces conditions, les systèmes informatiques et autres équipements de haute technologie peuvent connaître des scintillements, des arrêts d'équipement, des erreurs ou des pertes de mémoire.

Solutions possibles

1. Suppresseurs de surtension

La suppression des surtensions transitoires (TVSS) offre une protection contre les surtensions transitoires, qui peuvent se produire si rapidement qu'elles ne s'enregistrent pas sur l'équipement de test électrique normal.

Les suppresseurs de surtension ou parasurtenseurs sont la forme la plus élémentaire de protection de l'alimentation. Un suppresseur de surtension est souvent utilisé pour protéger un équipement important, mais moins critique ou très sensible. Il est également utilisé en complément de solutions de protection de puissance plus complètes. Ce sont des dispositifs électroniques passifs qui protègent contre les tensions transitoires de haut niveau.

Les transitoires sont souvent la cause de problèmes d'équipement "inexpliqués", de blocages d'ordinateurs, de pertes de données et d'autres "gremlins" à l'intérieur d'une installation. Les suppresseurs de surtension transitoire peuvent être intégrés dans les régulateurs de tension, les conditionneurs d'alimentation et les onduleurs pour une protection supplémentaire.

Selon les composants impliqués, les parasurtenseurs offrent une protection limitée contre les surtensions. Dans le cas de pics de haute tension fréquents, un parasurtenseur de haute qualité est un bon choix. Lorsque de gros équipements tels que des moteurs à courant alternatif sont allumés et éteints, ils créent des changements de tension importants et rapides (transitoires de commutation). Cependant, les surtensions à basse fréquence (changements lents à 400 Hz ou moins) peuvent être trop importantes pour un suppresseur de surtension tentant de limiter cette surtension.

2. Conditionneur d'alimentation

Qu'est-ce qu'un régulateur de tension ?

De nombreuses entreprises ont besoin d'une régulation de la tension plutôt que d'une alimentation de secours par batterie. Dans les cas où l'alimentation de secours n'est pas nécessaire, un régulateur de tension peut fournir une protection supérieure avec des rendements électriques beaucoup plus élevés qu'un onduleur.

Un régulateur de tension peut également être désigné par les étiquettes « conditionneur de puissance », « conditionneur de ligne », « stabilisateur de tension », etc. Quel que soit le terme utilisé, ces dispositifs sont tous essentiellement les mêmes en ce qu'ils fournissent une régulation de tension et un ou plusieurs fonctions supplémentaires liées à la qualité de l'énergie.

Un régulateur de tension peut corriger et/ou fournir une protection contre les problèmes d'alimentation tels que :
> Sur/sous tension
> Fluctuations de tension
> Affaissements et creux
> Bruit de ligne et bosses
> Déséquilibre des phases
> Courts-circuits
> Baisses de tension et surtensions

Les problèmes de qualité de l'alimentation peuvent survenir n'importe où, n'importe quand. Les preuves de ces problèmes peuvent être aussi évidentes que des composants électriques endommagés ou défaillants prématurément ou aussi subtiles que des équipements qui fonctionnent mal de manière aléatoire. Mais le véritable problème d'une mauvaise alimentation est le coût des équipements endommagés, la perte de productivité, les rebuts, les horaires manqués, etc.

Applications de régulateur de tension

Power Solutions fournit des régulateurs de tension de qualité industrielle conçus pour une fiabilité maximale dans les applications les plus difficiles, notamment :
> Fabrication & Usinage
> Automatisation industrielle et exploitation minière
> Pharmaceutique & Pétrochimique
> Transformation et diffusion des aliments
> Production et transmission d'énergie
> Écoles, bureaux et laboratoires
> Impression, pâtes et papiers
> Traitement d'imagerie médicale et d'oncologie

3. Alimentations sans interruption

Il existe trois types d'onduleurs de base : veille (ou hors ligne), ligne interactive et double conversion (ou en ligne).

Veille (hors ligne)

L'onduleur de secours se compose d'un circuit de conversion batterie/alimentation de base et d'un interrupteur qui détecte les irrégularités dans le service public d'électricité. L'équipement à protéger est généralement directement connecté à la source d'alimentation primaire CVCF et VVVF, et la protection de l'alimentation n'est disponible que lorsque la tension de ligne chute au point de créer une panne. Certains onduleurs hors ligne incluent des circuits de protection contre les surtensions pour augmenter le niveau de protection qu'ils offrent.

En cas de surtension, un onduleur de secours transmet la surtension au système protégé jusqu'à ce qu'il atteigne un niveau prédéterminé, généralement autour de 115 % de la tension d'entrée. A la valeur limite de surtension, l'appareil passe alors en batterie. Bien qu'ils offrent une protection raisonnablement bonne contre les pointes et les transitoires de commutation. Cependant, ils ne protègent pas contre les affaissements, les bruits de ligne, les variations de fréquence ou les baisses de tension, sauf si la batterie fournit de l'énergie au système protégé.

Si l'onduleur est obligé d'aller fréquemment sur batterie, il peut vider la batterie, la rendant indisponible pendant les pannes de courant. Étant donné que les onduleurs de secours n'offrent qu'une protection partielle contre de nombreux problèmes d'alimentation courants, ils sont le plus souvent utilisés pour protéger un seul utilisateur ou un équipement moins critique ou sensible.

Ligne interactive

Les onduleurs interactifs en ligne sont des dispositifs hybrides qui offrent un niveau de performance supérieur en ajoutant une meilleure régulation de la tension et des fonctionnalités de filtrage à la conception de l'onduleur de secours.

Comme les modèles de secours, les onduleurs interactifs en ligne protègent contre les surtensions en transmettant la surtension à l'équipement jusqu'à ce qu'il atteigne une tension prédéterminée, moment auquel l'unité passe à la batterie. Ils offrent une protection modérée contre les pics de haute tension et les transitoires de commutation, bien que, encore une fois, pas avec une isolation complète.

Avec les baisses de puissance, l'onduleur interactif en ligne peut utiliser un transformateur à prises pour fournir les niveaux de tension nécessaires pour maintenir la tension de sortie. Essentiellement, l'unité passe à la batterie pour ajuster l'emplacement de la prise à des intervalles définis afin de maintenir la tension de sortie lorsque la tension d'entrée chute. Il finira par passer à la batterie à plein temps une fois que la tension d'entrée aura atteint un niveau présélectionné. Ce système offre une protection adéquate tant que les baisses de puissance ne changent pas en permanence, ce qui peut réduire l'autonomie de la batterie. S'il se décharge fréquemment sur batterie, vous courez le risque de ne pas avoir les batteries complètement chargées pour une utilisation pendant une panne de courant.

Pour le bruit de ligne électrique et la variation de fréquence, l'onduleur interactif de ligne ne fonctionne que lorsque l'onduleur fonctionne et que la batterie est la source d'alimentation CVCF et VVVF, ce qui peut vider la batterie pendant des conditions instables prolongées qui se produisent généralement pendant le fonctionnement du générateur.

L'onduleur ferrorésonant, une autre technologie hybride, maintient l'onduleur en mode veille similaire à l'onduleur interactif et de secours en ligne. Le système protégé, cependant, est alimenté par le secteur via le transformateur ferrorésonnant. Le transformateur assure la régulation de la tension et le conditionnement de l'alimentation pour les perturbations telles que le bruit de la ligne électrique. Le transformateur ferrorésonant maintient également une réserve d'énergie qui est généralement suffisante pour alimenter brièvement la plupart des petits équipements ou PC en cas de panne totale. Cela permet de maintenir l'alimentation de l'équipement dans la plupart des exigences d'entrée jusqu'à ce que l'onduleur soit allumé.

Cependant, les onduleurs ferrorésonnants ne sont pas très efficaces contre les variations de fréquence instables ou les changements de courant soudains. En général, les onduleurs ferrorésonnants fonctionnent mieux avec la plupart des technologies non informatiques ou critiques, ou avec des charges linéaires telles que des moteurs, des radiateurs et des lumières.

Double conversion (en ligne)

Les onduleurs à double conversion, souvent appelés "en ligne", offrent le plus haut niveau de protection de l'alimentation et constituent un choix idéal pour protéger les installations informatiques et les équipements les plus importants de votre organisation. Cette technologie utilise la combinaison d'un circuit d'alimentation à double conversion (CA vers CC/CC vers CA) et d'un onduleur, qui alimente en continu la charge pour fournir à la fois une alimentation électrique conditionnée et une protection contre les pannes. Les onduleurs en ligne offrent une protection et une isolation complètes contre tous les types de problèmes d'alimentation - surtensions, pics de haute tension, transitoires de commutation, creux de tension, bruit de ligne électrique, variations de fréquence, baisses de tension et pannes de courant. De plus, ils fournissent une alimentation de qualité numérique impossible avec les systèmes hors ligne. Pour ces raisons, ils sont généralement utilisés pour des applications critiques qui exigent une productivité élevée et une disponibilité du système.

L'onduleur à double conversion peut être le moyen le plus rentable d'assurer une protection complète de l'alimentation. Les systèmes à double conversion offrent les mêmes avantages qu'un onduleur de secours associé à un conditionneur de ligne, à un prix inférieur à celui de l'achat des deux composants séparément. Cependant, les onduleurs à double conversion peuvent également être la solution la plus coûteuse au départ, et ils nécessitent une maintenance et une surveillance régulières de la batterie. Les batteries UPS peuvent être très coûteuses et sont également sensibles à la température. Ils ne peuvent pas être placés dans des environnements difficiles.

En raison du coût et de la sensibilité de ces unités, elles ne sont normalement utilisées que s'il n'y a pas d'autre alternative acceptable à une alimentation continue à 100 %.

Affaissement (creux)

"Sag" et le "dip" britannique sont les deux noms pour une diminution de la tension entre 10 et 90 % de la tension nominale pendant un demi-cycle à une minute

Les creux représentent la grande majorité des problèmes d'alimentation rencontrés par les utilisateurs finaux. Ils peuvent être générés à la fois en interne et en externe à partir d'une installation d'utilisateurs finaux.

Les causes externes des affaissements proviennent principalement du réseau de transport et de distribution des services publics. Les affaissements provenant du service public ont diverses causes, notamment la foudre, l'activité animale et humaine et le fonctionnement normal et anormal de l'équipement du service public. Les affaissements générés sur le système de transport ou de distribution peuvent parcourir des centaines de kilomètres, affectant ainsi des milliers de clients au cours d'un seul événement.

Parfois, des affaissements d'origine externe peuvent être générés par d'autres clients à proximité. Le démarrage de charges électriques importantes ou l'arrêt de batteries de condensateurs shunt peut générer un affaissement suffisamment important pour affecter une zone locale. Si l'utilisateur final est déjà soumis à une sous-tension chronique, même un creux d'amplitude relativement faible peut avoir des effets néfastes.

Les affaissements provoqués à l'intérieur de l'installation d'un utilisateur final sont généralement générés par le démarrage de charges électriques importantes telles que des moteurs ou des aimants. L'appel de courant important requis pour démarrer ces types de charges diminue le niveau de tension disponible pour les autres équipements qui partagent le même système électrique. Comme pour les affaissements d'origine externe, ceux générés en interne seront amplifiés par une sous-tension chronique.

Court-circuit

Un court-circuit (ou " court ") n'est normalement pas considéré comme un problème de qualité autant qu'il s'agit d'un dysfonctionnement ou d'un défaut de fonctionnement dangereux. Le court-circuit fait référence à une condition dans laquelle deux lignes "chaudes" sont connectées directement (ou via une petite impédance) ou une ligne "chaude" est connectée directement à la terre.

Un court-circuit provoque la circulation de courants de défaut très élevés dans le câblage et tous les appareils entre le point du court-circuit et la ligne d'alimentation entrante. Si rien n'est fait, un court-circuit peut très rapidement entraîner une surchauffe catastrophique, la fonte et la combustion du câblage et des appareils.

L'ouverture d'un disjoncteur ou le fonctionnement d'un fusible de protection est le moyen normal de se prémunir contre les dommages causés par les courts-circuits. Il est impératif que les disjoncteurs et les fusibles de protection soient de la taille et des caractéristiques appropriées pour éviter les dangers de courts-circuits.

Houle (surtension)

Une houle est l'opposé d'un creux - une augmentation de la tension au-dessus de 110% de la valeur nominale pendant un demi-cycle à une minute.

Bien que les gonflements se produisent rarement par rapport aux affaissements, ils peuvent entraîner un dysfonctionnement de l'équipement et une usure prématurée.

Les surtensions peuvent être causées par la coupure de charges ou la mise sous tension de batteries de condensateurs.

Transitoires (surtension)

Les transitoires sont des événements de très courte durée (sous-cycle) d'amplitude variable. Souvent appelés "surtensions", les transitoires sont probablement le plus souvent visualisés comme les dizaines de milliers de volts d'un coup de foudre qui détruit tout appareil électrique sur son passage.

Les transitoires peuvent être causés par le fonctionnement ou la panne de l'équipement ou par des phénomènes météorologiques comme la foudre. Même des transitoires de tension relativement faibles peuvent endommager les composants électriques s'ils se produisent à n'importe quelle fréquence.

Un parasurtenseur de qualité industrielle correctement dimensionné offre généralement une protection suffisante contre les effets néfastes des transitoires à haute tension.

Pointes de tension

Ce sont des perturbations impulsionnelles très brèves très dangereuses pour des équipements plus sensibles car les valeurs de tension peuvent atteindre des milliers de volts. Elles sont causées, non seulement par la commutation de lignes à haute tension, la connexion de condensateurs de correction du facteur de puissance, la foudre et la coupure de charges à fortes puissances réactives, mais également par des charges à puissance limitée telles que les photocopieurs et les climatiseurs connectés à la même ligne qui alimente les équipements sensibles. Les pointes ne sont pas détectables au moyen d'un voltmètre ordinaire compte tenu de leur courte durée ; cependant ils sont l'une des principales causes de pannes et de dysfonctionnements.

Variations de tension

Soumises à des variations de charge continuelles, les lignes de distribution sont incapables de fournir des niveaux de tension parfaitement homogènes. C'est pourquoi les machines électriques sont construites pour accepter des décalages d'au moins ±5% par rapport à la valeur nominale. En effet, les régies électriques prévoient dans leurs contrats des fluctuations allant jusqu'à ±10 %. De plus, cette limite est souvent dépassée en raison de "variations lentes" (chutes de tension causées par des lignes sous-dimensionnées et/ou surcharges), de "surtensions" (augmentations considérables de la valeur de la ligne survenant lorsque les industries réduisent drastiquement leur consommation d'énergie), " variations rapides" (chutes causées par le branchement d'équipements tels que : lampes à décharge, poinçonneuses, moteurs électriques, etc.).