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Techniques

Tester la qualité de l’énergie dans un milieu industriel

Publication: 3 décembre

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La qualité de l’énergie est un facteur de plus en plus important pour accroître la productivité et l’efficacité...
 

C’est particulièrement évident dans le secteur industriel, où l’avènement de l’« industrie 4.0 » suscite la transformation du milieu industriel. Le présent article examine ce changement et le rôle important qu’y joue la qualité de l’énergie. Les normes à satisfaire sont notamment abordées, ainsi que la façon dont le test de la qualité énergétique permet d’atteindre les objectifs du client.

Révolution et évolution

Nous avons maintenant atteint l’époque de la « quatrième révolution industrielle » ou l’« industrie 4.0 ». La première a été la mécanisation qui a commencé aux environs de 1760. La deuxième a été le développement de la production en série grâce à l’électricité. La troisième a débuté par l’utilisation de l’informatique et de niveaux élevés d’automatisation. Figure 1.

La « quatrième » intègre les « systèmes matériels et informatiques », l’Internet des objets (IoT) et l’informatique du Cloud ainsi que l’Intelligence Artificielle pour favoriser l’efficacité de la production. On parle maintenant d’inclure l’« Internet des humains » (IoP) pour conserver un élément humain, ce qui est rassurant.

Le principe directeur : l’efficacité de la production

L’« industrie 4.0 » ne peut pas simplement être « branchée ». Elle requiert une mise en oeuvre planifiée. Une étude [1] a déterminé que la sécurité informatique est le principal défi, suivi par les inquiétudes relatives à la fiabilité de la production et au matériel informatique. Cependant, même le meilleur matériel demeure à la merci de l’alimentation en électricité de l’usine. La qualité du réseau d’alimentation ne fait pas qu’influencer l’équipement connecté. Les émissions rayonnées peuvent interférer avec les autres appareils et dégrader la communication sans fil entre eux. Il est donc essentiel de tester et de caractériser la qualité de l’énergie pour que les problèmes puissent être anticipés et atténués.

L’IEEE Emerald bookTM

Le problème de la qualité de puissance est un sujet débattu depuis des années. En 1985, le suivi de la qualité énergétique a été qualifiée de « chaotique », et l’IEEE est intervenu pour mettre de l’ordre dans le domaine avec la « norme 1100 » (l’« Emerald Book ») intitulée « IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment » [2]. Cette dernière continue à ce jour de servir de référence et de guide pédagogique en cas de problème, car elle décrit les aspects fondamentaux de la conception de système pour obtenir une bonne qualité de puissance.

Demande et enquêtes sur l’énergie

Même avec la plus propre des alimentations, il y a de bonnes raisons de surveiller la consommation d’énergie. Les tarifs à payer peuvent être optimisés, et un « lissage » peut être réalisé pour éviter la surcharge des appareils de commutation. Le facteur de puissance peut être contrôlé, et les coûts peuvent être surveillés. Il est de toute façon nécessaire de minimiser la consommation d’énergie en vertu de l’ISO 14001, la norme internationale des systèmes de gestion de l’environnement.

Des enquêtes sur la consommation d’énergie doivent être menées pour bien des raisons. Par exemple, l’adoption de lampes à DEL peut réduire la consommation d’énergie pour l’éclairage, mais l’abandon des lampes incandescentes émettant de la chaleur peut augmenter les besoins en chauffage. De telles conséquences ne sont pas nécessairement synchronisées, notamment dans le cas du chauffage. L’enregistrement à long terme de la consommation est nécessaire à son évaluation exacte, et elle peut prendre des mois afin de tenir compte des écarts saisonniers.

Immunité de l’équipement

L’évaluation de la qualité de l’énergie comprend de nombreuses facettes. Les plus évidentes sont la mesure de l’immunité de l’équipement aux perturbations normalisées et la mesure des perturbations réelles, qui peuvent s’en écarter beaucoup. Les émissions de l’équipement peuvent également être vérifiées par rapport à des normes qui limitent le bruit conduit et rayonné et les champs rayonnés. Il est possible de travailler avec un équipement isolé dans un laboratoire d’essai simulant les milieux industriels, mais les conditions réelles sur le site de production peuvent être très différentes.

Il existe une norme (EN 50160) relative à la qualité de la fourniture d’électricité au public, mais elle est largement considérée comme ayant une valeur « informative », et son applicabilité est limitée. En particulier, elle autorise une divergence importante des paramètres tels que la tension et la fréquence du réseau pour un pourcentage du temps, et les méthodes de mesure ne sont pas toujours définies.

Pour un équipement vendu en Europe, la conformité à la « directive CEM » 2004/108/CE est une exigence. À moins que des « normes harmonisées » propres à un produit ou à une famille de produits ne s’appliquent, des normes génériques servent à appliquer des limites à l’immunité de l’équipement et aux émissions, habituellement celles de la série EN 61000.

Les autres normes telles que CEI 61000-4-30, CEI 61000- 4-7, IEEE 1159, IEEE 519 et IEEE 1459 fournissent des orientations sur les méthodes de mesure.

Quel équipement utiliser ?

Il existe un vaste choix d’appareils pour contrôler les perturbations. Les analyseurs de qualité d’énergie tels que le Dranetz HDPQ Xplorer à huit canaux (figure 2) peuvent calculer la puissance réelle, apparente et réactive, le facteur de puissance, le facteur de puissance de déplacement, la demande en watts, l’énergie en Wh et plus.

La tension et le courant peuvent être enregistrées avec une résolution de 16 bits, et les évènements transitoires brefs peuvent être capturés jusqu’à 1 μs avec des tensions crêtes de 2 kV. Pour des tensions efficaces du réseau allant jusqu’à 1 000 V et des courants uniquement limités par les sondes externes. Le produit dispose d’une connectivité intégrale par Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth ou USB. Le logiciel DRAN-VIEW 7 associé possède des capacités d’analyse puissantes avec une interface intuitive.

Un autre appareil tout-en-un avec huit canaux de mesure, dans un boîtier IP53, s’appelle le Qualistar+ C.A 8336 de Chauvin-Arnoux. En plus d’avoir un grand afficheur couleur et une autonomie sur batterie de 13 heures, il peut être alimenté par le circuit mesuré et peut enregistrer des mesures pendant plusieurs semaines. Tout comme Dranetz Xplorer, le produit peut contrôler une vaste gamme de paramètres dans les domaines temps et fréquence et déduire la puissance, le facteur de puissance et l’énergie dans de multiples formats. L’une des fonctions est la capacité de générer des rapports dans le logiciel « Dataview » associé, dans un format standard, conformément aux normes de qualité de l’énergie.

Pour l’enregistrement élémentaire de la qualité énergétique, Fluke propose l’enregistreur d’énergie électrique triphasée 1735. Le produit convient aux études de charge et aux évaluations de l’énergie avec sa capacité de capter les creux et les surtensions avec une résolution de 10 ms. Avec son format de poche, son boîtier IP53 et son alimentation par batterie, le 1735 est une solution robuste et pratique.

Test préliminaire de l’installation

Il existe des instruments pour le test élémentaire d’isolation des câbles et de la protection du circuit, tels que ceux proposés par Megger, ainsi que des testeurs plus complexes comme le HV Diagnostics HVA28TD, qui peut mesurer la tangente delta et confirmer la condition diélectrique des câbles à tension moyenne. Les testeurs tout-en-un pour les systèmes à basse tension, comme le testeur d’installations multifonction Fluke 1664 FC, peuvent en outre mesurer l’impédance en boucle et de ligne et le délai de déclenchement de l’interrupteur différentiel.

Acquisition de l’équipement

Il est essentiel d’avoir accès à des appareils de test de la qualité de l’énergie pendant la construction d’installations ou en cas de problème, mais la plupart du temps, ils ne sont pas utilisés. Le coût d’achat d’un équipement de qualité n’est pas négligeable, et des frais supplémentaires s’y ajoutent : l’étalonnage, la maintenance et les mises à jour régulières en fonction des nouvelles normes d’essai. Il y a encore plus de « coûts cachés » bien réels, quoique souvent négligés, qui font monter considérablement le « coût véritable de possession ». Figure 3.

La location : une solution flexible et rentable

Pour profiter des avantages de la flexibilité et d’un minimum de risque, la location à court ou à long terme de l’équipement est la solution idéale. Vous aurez l’équipement le plus récent au moment où vous en avez besoin, sans devoir assumer les frais généraux de l’achat et de la maintenance. La location à long terme en vertu d’un bail peut avoir des avantages fiscaux pour les entreprises et entraîner les frais mensuels les plus bas. Si l’équipement est fréquemment utilisé, le modèle de la location achat peut être avantageux. Les sociétés de location sont souvent une source d’appareils neufs ou usagés qui peuvent être simplement achetés, avec la garantie qu’ils ont été maintenus et étalonnés en vertu de normes élevées.

Qualité d’énergie, qualité de l’équipement et qualité d’achat

La surveillance et le test de la qualité de l’énergie est fondamentale à la réalisation de l’automatisation de l’ « industrie 4.0 ». La mesure de la qualité est directement liée à la qualité de l’équipement utilisé. Vous trouverez les meilleures marques d’appareils de Test et Mesure auprès de fournisseurs de services globaux tels que Microlease [3], qui peuvent faciliter de bout en bout les processus d’achat, de maintenance et de recyclage des appareils de test et mesure avec une variété d’options adaptées aux finances des clients.

[1] http://doku.iab.de/forschungsberich...

[2] http://standards.ieee.org/findstds/...

[3] http://www.microlease.com/fr/servic...

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