Déséquilibre de phase: causes et protection

Points d’article

• Une excursion dans la théorie de l’électrotechnique
• Causes et conséquences du déséquilibre de phase
• Restauration de fil neutre
• Stabilisateurs de phase de l’onduleur
• Transformateurs d’équilibrage
• Protection de survoltage

Ni les appareils ménagers ni les équipements de production ne peuvent fonctionner sans une alimentation électrique stable. Le déséquilibre de charge et de tension ou le déséquilibre de phase est la principale cause de pannes et de pannes. Ce phénomène peut et doit être combattu, ce qui nécessite une compréhension globale des règles de fonctionnement d’un réseau électrique triphasé.

Une excursion dans la théorie de l’électrotechnique

Le système AC triphasé a été introduit dans l’industrie il y a plus d’un siècle, pratiquement sous la forme dans laquelle il a survécu jusqu’à ce jour. Le principal développeur du réseau triphasé est Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky – un scientifique domestique qui a pris les idées de Nikola Tesla comme base de ses développements..

Les avantages d’un réseau triphasé sont évidents: si, lors de la rotation du champ magnétique, un courant apparaît de manière symétrique et cohérente sur l’enroulement tripolaire du générateur, sa forme peut facilement être utilisée pour inverser la conversion de l’énergie électrique en rotation. À l’ère du développement du progrès scientifique et technologique, la possibilité d’utiliser librement des machines électriques était extrêmement importante et elle le reste..

Bloc d’alimentation garanti AGM-7,5

Cependant, le système d’alimentation triphasé n’est pas sans inconvénients. Les tensions sur chacune des phases sont interconnectées par le coefficient de symétrie. Dans un réseau triphasé, on distingue deux types de tensions électriques: linéaire, agissant entre phases, et phase, qui est mesurée entre la phase et le fil neutre. Si la charge sur chaque phase est la même (symétrique), la tension de ligne est v3 fois supérieure à la tension de phase. Étant donné que l’inversion de la polarité de la tension sur chaque phase alterne avec le reste et se chevauche partiellement dans le temps, des inégalités importantes dans la répartition des charges entraînent un fonctionnement instable de l’ensemble du système..

Causes et conséquences du déséquilibre de phase

Lorsque l’asymétrie de charge apparaît, une perte de tension de phase est observée dans l’une des phases, tandis que la tension de ligne reste constante. Le circuit selon lequel les charges triphasées sont connectées peut être considéré comme un diviseur de tension: sa chute dans la phase la plus chargée sera maximale en raison de la faible résistance, tandis que dans les phases les moins chargées, la tension augmentera et tendra à être linéaire. En d’autres termes, la tension aux bornes des phases est répartie proportionnellement à la charge connectée.

Nous observons cela dans les réseaux électriques domestiques: tous les consommateurs sont connectés à des phases différentes, mais rien ne garantit qu’avec une stricte individualité des modes de fonctionnement et de la puissance des équipements électriques, la charge sera uniformément répartie. Par conséquent, le schéma le plus courant pour connecter des charges dans un réseau triphasé, appelé « étoile », est complété par un fil neutre connecté à un point central et connecté électriquement au système de mise à la terre. Grâce à cet ajout, l’effet des charges déséquilibrées sur les tensions de phase est considérablement réduit, tandis que l’efficacité d’égalisation dépend fortement de la conductivité du conducteur neutre..

Si la conductivité est insuffisante ou si le conducteur neutre est coupé, le déséquilibre de charge augmente à nouveau et provoque une distribution inégale des tensions de phase. Un tel mode de fonctionnement du réseau électrique est lourd de conséquences graves: avec une augmentation de la tension chez chaque consommateur actif, l’intensité du courant augmente jusqu’aux valeurs limites, les filtres capacitifs des dispositifs de conversion de puissance tombent en panne, la probabilité de rupture d’isolement augmente, une surchauffe et une augmentation des courants parasites sont observées dans les moteurs triphasés. Une coupure zéro dans le réseau de la ville endommagera certainement les appareils électriques connectés à une branche non protégée, même s’ils ne fonctionnent pas pour le moment. Souvent, les dommages à l’équipement sont irréversibles, de plus, la probabilité d’un incendie augmente considérablement. Le déséquilibre de phase affecte également négativement les alimentations triphasées – transformateurs de puissance abaisseur et générateurs triphasés..

Restauration de fil neutre

Pour transmettre de l’électricité sur de longues distances, des tensions colossales sont utilisées, ce qui permet de réduire la section des conducteurs à des valeurs raisonnables. À l’approche du consommateur, il y a une diminution progressive de la tension à l’aide de transformateurs de puissance et une dérivation progressive du réseau électrique. Il n’est pas nécessaire de connecter les transformateurs avec un fil neutre, un conducteur aussi merveilleux que la croûte terrestre fait parfaitement face à cette tâche. Par conséquent, une coupure zéro ne peut se produire qu’au stade final de la transformation: un poste abaisseur 6-0,4 kV ou en tout point du réseau de distribution basse tension.

Pour déterminer où une rupture du fil neutre est possible, passons à un exemple classique – un réseau d’alimentation triphasé d’un immeuble à appartements. Un câble à trois conducteurs et un bus de mise à la terre commun peuvent être posés dans le canal technique reliant les surfaces au sol. Il est également possible de connecter le bus neutre à la boucle de mise à la terre de la sous-station en utilisant le quatrième noyau du câble. Dans presque tous les cas, il est assez simple de déterminer l’emplacement de la coupure, il suffit juste de mesurer le potentiel électrique entre le bus zéro et la terre avec un voltmètre. Si l’appareil affiche des valeurs proches de l’écart de la tension de phase par rapport à la norme, le lieu du dommage doit être recherché plus tôt selon le schéma, en se dirigeant vers la sous-station.

La situation est différente avec les lignes électriques aériennes. Le fil neutre suit avec les fils de phase sur toute la longueur du réseau de distribution, à partir de la sous-station ou du transformateur. Naturellement, personne ne mesurera indépendamment la tension entre le conducteur neutre et la terre sur chaque pôle de la ligne aérienne de transmission. La pause ne peut être déterminée que visuellement, et encore mieux – par les forces des travailleurs des services d’urgence. De plus, nous notons qu’il n’a aucun sens de mettre à la terre indépendamment le conducteur neutre dans votre zone de responsabilité, car dans ce cas, le déchargement de l’ensemble du réseau se produira le long du conducteur du consommateur, ce qui signifie que le courant passera à travers le compteur..

Stabilisateurs de phase de l’onduleur

Non seulement les consommateurs avec une connexion monophasée, mais aussi les réseaux d’abonnés triphasés, y compris les réseaux industriels, souffrent de l’asymétrie des tensions et des courants. L’un des moyens les plus efficaces de résoudre le problème de déséquilibre de phase consiste à installer un stabilisateur de phase. Contrairement aux stabilisateurs de tension domestiques conventionnels, les stabilisateurs de phase éliminent l’asymétrie en amplifiant ou en redistribuant la charge..

En effet, la fonction de stabilisateur d’équilibrage polyphasé peut être assurée par un assemblage de trois stabilisateurs de tension monophasés. Cependant, si trois appareils sont combinés en un seul, cela peut promettre des avantages significatifs. Le principe de fonctionnement d’un appareil triphasé réside dans le fait qu’il comporte un seul dispositif de stockage et de conversion d’énergie, dans le rôle de transformateur d’impulsions. En bref: un stabilisateur monophasé installé sur la phase la plus affaissée est contraint de compenser l’augmentation de tension en augmentant la consommation électrique, ce qui s’accompagne d’une forte diminution du rendement du convertisseur.

À leur tour, les stabilisateurs triphasés tirent l’énergie nécessaire pour l’égalisation de phases où la tension est supérieure à la tension nominale, ce qui fait que la quantité de pertes de conversion est beaucoup plus faible. Dans ce cas, une charge supplémentaire sur les phases déchargées est effectuée, c’est-à-dire que non seulement le consommateur, mais aussi en partie le réseau d’alimentation est stabilisé. La présence d’un onduleur commun permet également de maintenir un réseau triphasé avec un manque temporaire de tension sur l’une des phases de puissance.

Stabilisateur de tension triphasé FNEX SBW 100

Pas sans défauts. Tout d’abord, c’est la complexité du dispositif et le coût élevé des dispositifs de stabilisation triphasés. Pour la plupart, les stabilisateurs de phase sont utilisés dans l’alimentation électrique des petites entreprises équipées d’équipements électriques avec une consommation électrique totale allant jusqu’à 80-100 kVA: chaufferies, stations de base de communications mobiles, magasins de meubles. Pour les consommateurs plus puissants, d’autres méthodes de stabilisation sont fournies.

Transformateurs d’équilibrage

Un autre type de dispositif pour stabiliser les courants et les tensions est les transformateurs balun. Ils ont une plage de puissance plus large. Pour les réseaux d’une consommation électrique allant jusqu’à 400 kVA, il est recommandé d’installer des transformateurs basse tension de type TST, pour les plus puissants – transformateurs d’équilibrage 6 / 0,4 kV de type TMGSU.

Les deux types de transformateurs diffèrent des transformateurs de puissance conventionnels en ce qu’ils ont un enroulement supplémentaire. Il est situé en parallèle avec les enroulements primaires et est connecté entre le zéro de travail et la boucle de masse du point médian du transformateur. Le principe de fonctionnement est simple: lorsqu’une asymétrie des charges apparaît dans le fil neutre, un courant apparaît, qui est transmis au noyau magnétique du transformateur, puis tire la phase la plus chargée. La compensation est effectuée automatiquement en raison de la différence des périodes d’oscillation des différentes phases.

Les transformateurs TMGSU ne diffèrent pratiquement pas des baluns basse tension. La mise en place du dispositif d’équilibrage de phase sur l’étage de transformation abaisseur permet simplement d’exclure une chaîne de transformation supplémentaire et, par conséquent, d’éviter des pertes supplémentaires dans le circuit magnétique. La simplicité, la fiabilité et le faible coût font des transformateurs balun la meilleure solution pour les réseaux à faibles exigences de pureté sinusoïdale. Cependant, les transformateurs ne disposent pas d’une gamme de fonctions de protection et de stabilisation aussi large que les appareils de type onduleur..

Protection de survoltage

Eh bien, qu’en est-il des consommateurs avec une connexion monophasée? Malheureusement, il n’est pas possible d’influencer d’une manière ou d’une autre la probabilité de déséquilibre et l’augmentation de tension qui en résulte. De tels phénomènes se produisent périodiquement, le défaut est dans l’équipement insuffisant des principaux réseaux, le manque de travail sur la prévision des charges et l’état technique déplorable des systèmes d’électrification.

Cependant, vous pouvez toujours protéger vos propres installations électriques. Le moyen le plus simple consiste à installer un relais de tension, qui désactivera l’alimentation de l’objet lorsque les paramètres de fonctionnement maximum apparaissent dans le réseau. Si même un manque temporaire d’alimentation électrique de l’installation est inacceptable, il existe deux moyens de se protéger contre les déséquilibres de phase: installer un stabilisateur monophasé ou équiper le groupe de distribution d’entrée des commutateurs de transfert automatiques d’une source d’alimentation autonome..

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