L’impact du déséquilibre de tension

Si vous utilisez des systèmes triphasés, vous devez être conscient des tensions déséquilibrées, l’un des problèmes d’alimentation électrique les plus courants dans les installations industrielles. Les risques de déséquilibre de votre plante sont élevés si vous ne mettez pas en place des mesures pour les prévenir. L’idéal est de détecter les déséquilibres avant qu’ils n’endommagent gravement votre équipement.

Découvrez ci-dessous ce que sont les déséquilibres de tension, ce qui les provoque et comment vous pouvez les prévenir et les tester pour protéger vos systèmes électriques.

Qu’est-ce que le déséquilibre de tension triphasé ?

Un système électrique triphasé est équilibré ou symétrique lorsque les tensions et les courants triphasés ont la même amplitude. Un système déséquilibré signifie que les tensions de phase sont inégales.

Ce déséquilibre mesure la différence entre les phases de tension dans un système triphasé. Ce problème d’alimentation électrique est courant dans les centrales électriques industrielles ou dans toute usine qui fait fonctionner de grandes machines dotées de moteurs puissants.

Les déséquilibres de tension peuvent avoir un impact sur de nombreux aspects de vos activités, notamment l’efficacité des moteurs, les coûts et les dommages.

Quelles sont les causes des tensions déséquilibrées ?

La norme ANSI C84.1 stipule que Les systèmes d’alimentation électrique doivent être conçus et exploités de manière à limiter le déséquilibre maximal de la tension à 3 % lorsqu’il est mesuré au compteur électrique dans des conditions de non-charge. Cela signifie qu’il est de la responsabilité de l’utilisateur de vérifier l’état d’équilibre de la tension de sa propre installation.

Lorsqu’une tension est déséquilibrée, c’est souvent en raison de la répartition de la charge du système. Ces déséquilibres peuvent se produire à n’importe quel point d’un système, et les systèmes électriques déséquilibrés peuvent se produire pour de nombreuses raisons.

Voici quelques-unes des causes les plus courantes des tensions déséquilibrées :

• Manque de symétrie dans les lignes de transmission
• Grandes charges monophasées, comme les fours à arc ou les soudeurs
• Batteries de condensateurs de correction du facteur de puissance défectueuses
• Transformateurs delta ou wye ouverts
• Faible couple de sortie provoquant des contraintes mécaniques
• Courant élevé dans les redresseurs et les moteurs triphasés
• Déséquilibre du courant circulant dans les conducteurs neutres
• Fonctionnement défectueux de l’équipement de correction du facteur de puissance
• Alimentation électrique déséquilibrée ou instable
• Banc de transformateurs déséquilibrés alimentant une charge triphasée trop importante pour le banc.
• Charges monophasées inégalement réparties sur le même réseau électrique
• Défauts monophasés à la terre non identifiés
• Connecteurs ou contacteurs desserrés, corrodés ou piqués

Même les conditions de l’installation peuvent provoquer un déséquilibre de tension ou y contribuer. Par exemple, des transformateurs surchargés, des dispositifs de correction du facteur de puissance défectueux, des commandes cycliques et des réacteurs désaccordés peuvent tous entraîner des déséquilibres. Même ce qui se passe dans l’usine voisine ou plus loin sur la ligne électrique peut affecter le déséquilibre de tension dans votre installation.

Effets du déséquilibre de tension

Le déséquilibre de tension peut endommager les moteurs. Une différence de tension entre les phases provoque des courants de circulation dans les moteurs triphasés, ce qui entraîne un déséquilibre de courant de 6 à 15 fois supérieur au déséquilibre de tension. Le courant supplémentaire contribue à l’échauffement du moteur, qui peut être grave si le déséquilibre est suffisamment important. Cette température plus élevée du moteur dégrade l’isolation environnante, ce qui réduit la durée de vie du moteur et conduit à son grillage.

Les autres effets d’un courant et d’une tension déséquilibrés sont l’augmentation des pulsations, des contraintes mécaniques, des vibrations et des pertes. En outre, les problèmes d’entretien tels que l’usure des contacts et le desserrement des connexions sont fréquents. Ces problèmes peuvent entraîner un fonctionnement bruyant du moteur, des températures élevées et une défaillance prématurée.

En outre, le déséquilibre de la tension perturbera la proportion du courant de l’enroulement du rotor bloqué, qui est déjà relativement élevé, la vitesse à pleine charge sera légèrement réduite et le couple sera réduit. Si le déséquilibre de tension est suffisamment important, la capacité de couple réduit peut ne pas être adaptée à l’application et le moteur n’atteindra pas sa vitesse nominale.

La norme MG-1 de la NEMA stipule que les moteurs polyphasés doivent fonctionner correctement dans des conditions de marche à la charge nominale lorsque le déséquilibre de tension aux bornes du moteur ne dépasse pas 1 %. En outre, le fonctionnement d’un moteur avec un déséquilibre supérieur à 5 % n’est pas recommandé et risque d’endommager le moteur.

Bien que cela ne soit généralement pas souhaitable, une autre mesure corrective peut consister à réduire la puissance du moteur. Lorsque le déséquilibre de tension dépasse 1 %, un moteur doit être déclassé pour pouvoir fonctionner correctement. La courbe de déclassement, illustrée ci-dessous, indique qu’à la limite de 5 % établie par la NEMA pour le déséquilibre, un moteur serait considérablement déclassé, à environ 75 % seulement de sa puissance nominale.

Le déséquilibre de tension peut endommager les convertisseurs DC triphasés utilisés dans les entraînements à fréquence variable (VFD). Les entraînements à fréquence variable (EFV) problématiques qui présentent des déclenchements intempestifs, qui montrent tous les signes d’une surcharge du circuit, même si les mesures montrent le contraire, peuvent avoir des courants de phase déséquilibrés. Les courants de ligne de l’EFV peuvent devenir très déséquilibrés en raison d’un courant excessif dans une ou deux phases. Cela se produit même si le courant moyen des trois phases est bien inférieur au courant nominal de l’EFV.

La partie avant des variateurs de vitesse utilise un arrangement de diodes à haute puissance pour convertir la puissance d’entrée triphasée en courant alternatif afin de créer un bus continu qui servira de réservoir pour la section onduleur de puissance. Le courant traversant la section du redresseur d’entrée est tiré par impulsions. Idéalement, le flux de courant à travers chaque diode est divisé en parts égales. Cependant, le déséquilibre de la tension fournie à l’entrée de l’EFV entraîne une puissance inégale à travers les diodes individuelles, ce qui provoque une défaillance prématurée et fréquente des diodes de puissance. La sortie déséquilibrée des diodes de courant créera un contenu harmonique accru. Au fur et à mesure que les impulsions de sortie deviennent plus déséquilibrées, les triples harmoniques de courant augmentent également.

Pourquoi est-ce important ?

Les raisons les plus évidentes de se préoccuper du déséquilibre de tension sont la diminution de l’efficacité et de la performance du moteur – deux facteurs qui affectent la rentabilité de votre entreprise. Le rendement d’un moteur donné varie en fonction de facteurs tels que le type d’application, la charge et la tension d’alimentation.

L’utilisation d’une alimentation présentant un déséquilibre de tension plus important augmentera les pertes ^I2R– c’est-à-dire le courant au carré multiplié par la résistance – dans le rotor et le stator, ce qui signifie qu’une plus grande partie de l’énergie fournie sera convertie en chaleur et une moins grande partie en travail. Le moteur fonctionnera plus chaudement et, par conséquent, moins efficacement. Notez que l’augmentation des pertes du rotor augmente le “glissement”, de sorte que le moteur tourne un peu plus lentement et effectue moins de travail dans un temps donné.

L’équation de base d’Arrhenius stipule que la vitesse chimique double pour chaque degré C d’augmentation de la température. En appliquant cette équation à l’isolation du moteur, il est facile de voir que toute augmentation de la température réduira considérablement la durée de vie du moteur. Le tableau suivant montre les effets de la température du bobinage résultant du déséquilibre de la tension.

Lorsque les déséquilibres endommagent votre équipement, votre usine subit des temps d’arrêt car les moteurs ne fonctionnent pas aussi efficacement qu’ils le devraient. En plus de l’argent perdu pendant les temps d’arrêt, vos moteurs endommagés nécessiteront des remplacements ou des réparations coûteux.

Comment éviter un déséquilibre du réseau électrique ?

Pour éviter un déséquilibre de tension, les charges doivent être réparties de manière égale entre les phases d’un tableau de distribution. Lorsqu’une phase est plus chargée que les autres, la tension sur cette phase est faible, ce qui entraîne un déséquilibre. Une répartition uniforme de vos charges permet d’éviter qu’une phase ne soit surchargée.

Comprendre les causes d’un déséquilibre vous aide, vous et vos techniciens, à en détecter les signes et à les prévenir. La meilleure façon de prévenir les déséquilibres est de tester les déséquilibres de tension et d’en déterminer la cause. Même s’il existe un léger déséquilibre quelque part dans le système, le fait de le tester maintenant peut vous aider à le détecter avant qu’il n’ait des effets néfastes. L’instrument de test ATPOL III™ Energized Electrical Signature Analysis (ESA) et le logiciel ATPOL 8.0 qui l’accompagne permettent de mesurer et de calculer rapidement et précisément le déséquilibre de tension fourni à ces bêtes de somme de l’industrie dans le cadre des tests de routine des moteurs sous tension qui prennent moins d’une minute. Le logiciel ATPOL 8.0 calcule le % de déséquilibre de tension et fournit le facteur de déclassement de tension approprié.

L’ATPOL III™ portable peut être connecté rapidement à l’aide d’un connecteur spécial aux connecteurs ALL-SAFE© préinstallés ou à l’aide de TC amovibles et de sondes de tension dans n’importe quel contrôleur de moteur ou sectionneur facilement accessible. Pour renforcer la protection des variateurs de vitesse, de plus en plus populaires, ils peuvent même tester la puissance d’entrée de ces contrôleurs coûteux pour s’assurer que les conditions de déséquilibre de tension qui peuvent conduire à un déséquilibre de courant à travers les sections de redresseur ne sont pas présentes.

Comment calculer le courant déséquilibré

Pour calculer manuellement le pourcentage d’une tension déséquilibrée, il faut d’abord déterminer le courant ou la tension moyenne et l’écart le plus important. Ensuite, vous diviserez l’écart par la tension moyenne et multiplierez ce nombre par 100 pour obtenir votre pourcentage.

Le pourcentage de déséquilibre de la tension :

Par exemple : V1 = 469

V2 = 478

V3 = 461

Tension moyenne = 469,33 V2 a une déviation maximale de 8,66667

% VUB = 100(8.66667/469.33) = 1.84%.

L’ATPOL est l’outil idéal à ajouter à votre boîte à outils de maintenance prédictive pour tester les moteurs sous tension. La réalisation systématique d’un test moteur ESA à l’aide d’ALL-SAFE PRO©permet aux usines d’effectuer rapidement une inspection complète de l’ensemble du système moteur.

L’ATPOL III™utilise la tension et le courant du moteur pour y accéder :

• L’état de la puissance entrante
• L’état électrique et mécanique du moteur et du balourd
• Désalignement
• Conditions de roulement
• La souplesse
• Frottis de la charge
• Anomalies dans le processus, telles que la cavitation

Les mesures portables peuvent être effectuées facilement à partir de n’importe quel moteur qui n’est pas équipé de tous les coffres-forts, en utilisant des TC portables, à pince ou flexibles.

L’ATPOL III™ effectue une capture de données simultanée des trois phases de tension et de courant pour créer les graphiques, tableaux et affichages permettant d’utiliser la qualité de l’énergie comme outil de maintenance prédictive nécessaire pour placer votre équipement au sommet des installations de classe mondiale. Utiliser le déséquilibre en V pour prédire la défaillance prématurée de l’isolation du bobinage afin de déterminer la réduction de la durée de vie du moteur causée par le déséquilibre de la tension.

Testez avec précision vos moteurs avec ALL-TEST PRO

L’essai des moteurs est essentiel pour s’assurer que votre équipement fonctionne correctement et pour détecter les erreurs ou les problèmes potentiels afin qu’ils puissent être résolus. Pour garantir la précision des tests de vos moteurs, utilisez les produits ALL-TEST. Que vous recherchiez des déséquilibres de tension ou que vous effectuiez des tests hors tension, nos produits peuvent vous aider à déterminer l’état de votre moteur.

L’ATP connaît les moteurs. ATP se spécialise dans les solutions sous tension et hors tension pour les essais sur le terrain. Les produits ATP sont portables sur le terrain, légers, faciles à utiliser, précis et permettent de détecter au plus tôt les problèmes potentiels, afin que votre usine fonctionne efficacement et en toute sécurité.