Déséquilibre de tension dans les réseaux à haute tension — Système interconnecté principal d'Oman
| Réseau | Système interconnecté principal d'Oman (MIS) - 132 Sous-transmission kV |
| Points de mesure | Trois stations du réseau HT alimentant les trois principales zones industrielles du MIS d’Oman |
| Paramètres mesurés | Déséquilibre de tension et de courant – par rapport aux limites des codes de distribution internationaux et omanais |
| Résultat du déséquilibre de tension | Dans certaines limites — Réseau électrique HT bien équilibré au niveau du transport |
| Normes appliquées | IEEE 519 · DANS 50160 · Code de distribution omanais |
| Valeur clé | Établit une base de référence: l'alimentation HT du service public est propre : tout déséquilibre observé aux terminaux de l'équipement provient de l'aval, pas du système de transmission |
| Contexte du réseau | Oman MIS dessert des charges industrielles, notamment la fusion de l'aluminium, acier, et le ciment – tous des contributeurs importants aux perturbations du PQ |
01 Contexte et contexte
Cette étude de cas présente les résultats des mesures de déséquilibre de tension effectuées au niveau du transport et du sous-transport dans le principal système interconnecté d'Oman. (MIS) — le principal réseau électrique desservant les principaux centres de consommation industriels et urbains du Sultanat. L'étude d'Albadi et al.. (2015), présenté à la Conférence internationale de l'IEEE sur la technologie industrielle, est l'un des rares comptes rendus publiés sur l'évaluation systématique du déséquilibre de tension à 132 Niveau kV HT dans un réseau du Moyen-Orient en rapide industrialisation.[1]
Le MIS d'Oman se caractérise par une répartition des charges qui présente d'importants défis en matière de qualité de vie.: grandes charges industrielles, y compris les alumineries, usines sidérurgiques, et les cimenteries – qui sont toutes des sources importantes de distorsion harmonique, vaciller, et déséquilibre de tension - sont connectés au même réseau de transport qui dessert les clients résidentiels et commerciaux. La quantification du déséquilibre au niveau HT est essentielle pour comprendre si la source du déséquilibre observé au niveau des terminaux d'équipements industriels est le système de transport des services publics ou le réseau de distribution industriel lui-même..
La plupart des études sur les déséquilibres de tension se concentrent sur les réseaux de distribution BT ou MT, où les effets sur les moteurs et les équipements se font le plus directement sentir.. Mais le déséquilibre aux bornes BT est la somme du déséquilibre au niveau du transport plus le déséquilibre au niveau de la distribution plus le déséquilibre interne de l'installation.. Measuring at the HV grid station level separates the utility transmission contribution from the distribution and facility contributions. If the HV level is balanced, the utility network is not the root cause — the investigation must look downstream.
02 Voltage Unbalance — Theory and Indices
Definition — what is voltage unbalance?
A three-phase power system operates ideally with three voltage phasors equal in magnitude and separated by exactly 120° in phase angle. Voltage unbalance occurs when either the magnitudes differ between phases, the phase angles between consecutive phases differ from 120°, or both conditions are present simultaneously.[1]
En pratique, unbalance arises from a combination of network asymmetry (non-transposed transmission lines, unequal transformer impedances) and load asymmetry (single-phase loads, charges triphasées déséquilibrées, fours à arc, systèmes de traction). Le système triphasé déséquilibré résultant peut être décomposé en trois composants de séquence symétriques en utilisant le théorème de Fortescue.:
- Composante de séquence positive — le composant équilibré tournant vers l'avant (même rotation que le générateur)
- Composant de séquence négative — un composant équilibré tournant vers l'arrière (rotation opposée au générateur)
- Composant homopolaire — trois phaseurs égaux en phase (pas de rotation, présent uniquement dans les systèmes avec un conducteur neutre)
Deux définitions — CEI vs. NO
La définition des composants symétriques CEI (VUF = V₂/V₁ × 100%) est la méthode préférée au niveau international et est utilisée en EN 50160 et CEI 61000-2-2. Cela nécessite une mesure de phaseur (à la fois la magnitude et l'angle) et c'est la définition la plus significative sur le plan physique car la tension inverse est directement responsable des effets nocifs sur les moteurs et autres équipements triphasés..[2]
La définition NEMA (écart maximal de toute tension de phase par rapport à la moyenne, divisé par la moyenne) nécessite uniquement des mesures d'amplitude de tension et est largement utilisé en Amérique du Nord pour les évaluations sur le terrain. Pour les petits balourds (en dessous d'environ 3%), les deux méthodes donnent des résultats numériquement similaires. Pour les balourds plus importants ou les cas présentant une asymétrie angulaire importante, la méthode CEI donne une caractérisation plus précise.[3]
03 Méthodologie de mesure
Des mesures de déséquilibre de tension et de courant ont été effectuées dans trois stations du réseau HT du MIS d'Oman.. Chaque station du réseau alimente l'une des trois principales zones industrielles du système, rendre les points de mesure représentatifs de l'environnement PQ à l'interface entre le système de transport et le réseau industriel de sous-transport/distribution.[1]
La méthodologie de mesure a suivi les normes internationales pour l'évaluation du PQ à haute tension.. Le principal défi à 132 kV est que la mesure directe n'est pas possible — transformateurs de mesure de tension et de courant (VT et CT) sont utilisés pour abaisser les signaux aux tensions et courants au niveau de l'instrument, qui nécessite la vérification de la classe de précision du transformateur de mesure pour garantir que les valeurs de déséquilibre mesurées ne sont pas des artefacts d'erreurs du transformateur plutôt qu'une véritable asymétrie du réseau.
À 132 kV, un 1% le déséquilibre de tension correspond à une différence de tension entre phases d'environ 760 En. Transformateurs de mesure avec classe de précision 0.2 ou mieux sont nécessaires pour résoudre ce niveau de déséquilibre de manière fiable. Une classe 0.5 VT introduit une incertitude de mesure de ±0,5 % – potentiellement comparable au balourd mesuré. C'est pourquoi les mesures de déséquilibre HT nécessitent une documentation explicite de la classe de précision du transformateur de mesure., et pourquoi un déséquilibre apparent au niveau HV inférieur à 0,5–1 % doit être interprété avec prudence.
Les données de déséquilibre mesurées ont été comparées aux limites spécifiées dans le code de distribution d'électricité omanais et dans les normes internationales applicables — EN 50160 (limite: VUF ≤ 2% pour 95% de toute période d'une semaine) et IEEE 519-2014 (qui aborde les limites harmoniques mais fait référence aux mêmes 2% seuil de balourd à des fins de planification).[2][4]
04 Principales conclusions
Déséquilibre au niveau de la transmission – dans certaines limites
Les mesures de déséquilibre de tension et de courant dans les trois stations du réseau HT du MIS d'Oman se situaient dans les limites spécifiées par le code de distribution omanais et les normes internationales applicables. (EN 50160, IEEE 519). Le système de transmission, malgré la desserte de charges industrielles importantes et potentiellement déséquilibrées, a maintenu sa symétrie de tension triphasée dans le 2% Seuil VUF aux points de mesure des stations du réseau.[1]
| Point de mesure | Déséquilibre de tension (VUF) | EN 50160 limite | Limite du code omanais | Conformité |
|---|---|---|---|---|
| Station de réseau A — Zone industrielle 1 | Dans la limite — valeur exacte non publiée | ≤ 2% (95le %ile) | ≤ 2% | CONFORME |
| Station du réseau B — Zone industrielle 2 | Dans la limite — valeur exacte non publiée | ≤ 2% (95le %ile) | ≤ 2% | CONFORME |
| Station de réseau C — Zone industrielle 3 | Dans la limite — valeur exacte non publiée | ≤ 2% (95le %ile) | ≤ 2% | CONFORME |
| Source: Albadi et coll.. (2015). Mesures à 132 Stations du réseau kV à Oman MIS. Valeurs numériques exactes non publiées dans un résumé accessible au public; statut de conformité confirmé. | ||||
Le fait que le réseau HT d’Oman MIS se situe dans les limites de déséquilibre au niveau des stations du réseau constitue une conclusion de base importante.. Cela signifie que si des problèmes de déséquilibre de tension sont observés aux bornes des équipements industriels dans ces zones, une surchauffe du moteur, mauvais fonctionnement du relais de protection, Problèmes de batterie de condensateurs – la source n'est pas le système de transport du service public. C'est le réseau de distribution industriel entre la station du réseau et l'équipement: chargement monophasé inégal, mangeoires non transposées, fusibles de condensateur grillés, ou charges moteur triphasées mal équilibrées. Le service public fournit un approvisionnement équilibré. Cela redirige immédiatement l'enquête technique du service public vers l'installation..
Déséquilibre de courant — un indicateur distinct
Le déséquilibre de courant a également été mesuré parallèlement au déséquilibre de tension.. Current unbalance is a load-side quantity — it reflects the asymmetry of the connected loads rather than the asymmetry of the supply network. A balanced supply voltage with unbalanced load currents indicates that single-phase or unequal three-phase loads are creating asymmetrical current flows in the distribution system, which in turn produce small voltage unbalances through the network impedance.[1]
The relationship between current unbalance and voltage unbalance depends on the network impedance at the measurement point. At the HV grid station (high short-circuit level, low source impedance), même un déséquilibre de courant important provenant des charges industrielles ne produit qu'un faible déséquilibre de tension au niveau du bus - c'est pourquoi les mesures HT sont dans les limites même si le réseau de distribution en aval peut présenter un déséquilibre plus important à des niveaux de tension inférieurs.
05 Effets du déséquilibre de tension
L'étude fournit un examen complet des impacts négatifs du déséquilibre de tension, qui constituent la justification technique du 2% Limite VUF dans les normes internationales:[1]
Les moteurs à induction – la victime la plus sensible
Les moteurs à induction sont le type d'équipement le plus gravement affecté par le déséquilibre de tension.. La composante de tension inverse (V₂) entraîne un champ magnétique tournant dans la direction opposée au champ direct. Dans le référentiel rotor, le champ inverse tourne à environ deux fois la vitesse synchrone - le rotor offre une très faible impédance à ce composant, ce qui entraîne d'importants courants de rotor inverse à partir d'une faible tension inverse.
Autres équipements et systèmes concernés
- Redresseurs et variateurs triphasés — une tension d'alimentation déséquilibrée produit des angles de conduction inégaux dans les diodes de redressement ou les thyristors, générer des ordres harmoniques non caractéristiques et augmenter l'ondulation de sortie
- Les transformateurs de puissance — les courants inverses augmentent les pertes dans les enroulements et la saturation du noyau. Protection du transformateur (relais différentiels) peut produire des déclenchements intempestifs dans des conditions de déséquilibre sévère
- Condensateurs de correction du facteur de puissance — des tensions déséquilibrées produisent une répartition inégale du courant réactif entre les phases du condensateur. Un fusible grillé sur une phase d'une batterie de condensateurs est à la fois une cause et un amplificateur de déséquilibre de tension.
- Systèmes de protection — les relais de distance et les systèmes de protection différentielle reposent sur des hypothèses de tension équilibrée. Un déséquilibre persistant peut provoquer un mauvais fonctionnement du relais ou une désensibilisation
- Comptage d'énergie — les systèmes déséquilibrés nécessitent une véritable mesure triphasée. Les configurations de mesure monophasées ou à deux éléments introduisent des erreurs de mesure dans des conditions déséquilibrées
06 Techniques d'atténuation
L'étude passe en revue les principales approches d'atténuation du déséquilibre de tension., qui se répartissent en trois catégories en fonction de leur point d'application:[1]
| Technique | Mécanisme | Applicable à | Fourchette de prix |
|---|---|---|---|
| Équilibrage de charge | Redistribution des charges monophasées entre les phases pour égaliser la consommation de courant par phase | Installations commerciales et industrielles; départs BT résidentiels | Faible — mesure opérationnelle |
| Transposition de réseau | Rotation systématique des positions des conducteurs de phase le long d'une ligne pour égaliser les impédances mutuelles sur toute la longueur | Lignes de transport HT présentant une asymétrie géométrique inhérente | Moyen — coût de construction |
| Compensateur VAR statique (SVC) | Injection de puissance réactive contrôlable indépendamment sur chaque phase pour compenser la demande réactive asymétrique | Les grandes charges monophasées (fours à arc, traction, chauffage par induction) | Élevé – 1 à 5 millions de dollars américains |
| STATCOM | Convertisseur de source de tension avec contrôle par phase — réponse plus rapide que SVC, meilleures performances sous déséquilibre dynamique | Charges industrielles avec déséquilibre variable rapidement | Élevé – 2 à 8 millions de dollars américains |
| Déclassement du moteur | Faire fonctionner les moteurs en dessous de la valeur nominale de la plaque signalétique pour maintenir les marges thermiques en cas de déséquilibre persistant – il ne s’agit pas d’une atténuation mais d’une mesure de protection. | Installations de moteurs existantes où le balourd ne peut être éliminé | Capital zéro — coût de production |
| Transformateur Scott-T ou Le Blanc | Convertit la charge monophasée (traction) à un équivalent biphasé équilibré, réduire le déséquilibre du réseau par rapport à l’offre ferroviaire | Systèmes de traction ferroviaire électrique | Moyen — coût du transformateur |
Avant de spécifier tout équipement de compensation active pour le déséquilibre de tension, la première étape est toujours un audit systématique de la charge — identifiant quelles charges monophasées créent le déséquilibre, et si leur rééquilibrage à travers les phases est réalisable. Dans de nombreuses installations industrielles, le déséquilibre est simplement le résultat d'ajouts historiques de charges monophasées à la phase qui disposait d'une capacité disponible au moment de l'installation. Un exercice de rééquilibrage systématique ne coûte rien en capital et peut réduire le déséquilibre de 50 à 80 % avant d'envisager une quelconque électronique de puissance..
07 Perspective de la qualité de l'énergie
Cette étude occupe une place spécifique et précieuse dans la littérature des études de cas PQ.: il s'agit de l'un des rares comptes rendus publiés sur la mesure systématique du déséquilibre de tension au niveau du transport HT dans un réseau en voie d'industrialisation rapide.. La constatation selon laquelle le réseau MIS HT d’Oman se situe dans les limites internationales – bien qu’il dessert de vastes, charges industrielles potentiellement déséquilibrantes – fournit une base de référence importante.
Du point de vue de l’ingénierie des services publics, l'idée clé est l'argument de l'impédance: le bus du réseau HT présente une capacité de court-circuit élevée, ce qui signifie que sa tension est rigide et résistante à la distorsion due aux courants de charge déséquilibrés. Le même courant de charge qui produit un 2% Le VUF sur un départ BT faible peut produire seulement 0,1 à 0,2 % de VUF au 132 bus kV. Cela explique pourquoi le système de transport semble équilibré alors que les équipements connectés à la distribution subissent un déséquilibre important – le déséquilibre est créé par les impédances et les charges au niveau de la distribution., non transmis depuis le système HT.
L'endroit où vous mesurez le déséquilibre de tension détermine ce que vous trouvez. Mesurer au 132 Station réseau kV — vous trouvez une alimentation équilibrée. Mesurer au 11 Bus de distribution kV — vous pouvez trouver 0,5 à 1,5 % de VUF en raison de l'asymétrie des lignes d'alimentation. Mesurez aux bornes du moteur dans une installation industrielle : vous pouvez trouver 2 à 4 % de VUF dû à un déséquilibre de charge interne.. Les trois mesures sont correctes : elles mesurent des choses différentes. Une évaluation technique qui conclut “l'approvisionnement en services publics est équilibré” à partir d'une mesure HT, sans mesure aux bornes de l'équipement, il manque toute l'histoire.
L'Albadi et al. l'étude démontre exactement le type de, mesure PQ référencée par des normes au niveau du transport, rarement publiée mais d'une importance cruciale pour la planification des services publics. Les données de base du MIS d'Oman confirment que le réseau de transport n'est pas la source des problèmes de déséquilibre de tension signalés dans les zones industrielles qu'il dessert – ce qui est une constatation ayant des implications opérationnelles directes.: l'effort d'ingénierie doit se concentrer sur le réseau de distribution et la gestion de la charge des installations, pas sur le système de transmission. Il s’agit de la perspective d’utilité qui manque à la plupart des études de QP côté établissement..
Références
- Albadi MH, Al Hinai AS, Al-Badi AH, Al Riyami MS, Al Hinai SM, Al-Abri RS. “Déséquilibre des systèmes électriques – Examen et étude de cas du SIG d’Oman.” Actes de la conférence internationale de l'IEEE sur la technologie industrielle (ICIT 2015), Séville, Espagne, pp. 1407–1411, Mars 2015. DOI: 10.1109/ICIT.2015.7125294
- EN 50160:2010+A3:2019. Caractéristiques de tension de l'électricité fournie par les réseaux publics d'électricité. CENELEC, Bruxelles.
- NON MG-1-2021. Moteurs et générateurs. Association nationale des fabricants d'électricité, Rosslyn, Virginie.
- IEEE Std 519-2022. Norme IEEE pour le contrôle des harmoniques dans les systèmes d'alimentation électrique. IEEE, New York, NY, 2022.
- CEI 61000-2-2:2002+AMD1:2017. Compatibilité électromagnétique (EMC) - Partie 2-2: Niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites basse fréquence dans les systèmes publics d'alimentation basse tension. CEI, Genève.
Albadi MH, Al Hinai AS, Al-Badi AH, Al Riyami MS, Al Hinai SM, Al-Abri RS. “Déséquilibre des systèmes électriques – Examen et étude de cas du SIG d’Oman.” IEEE ICIT 2015, pp. 1407–1411.
DOI: 10.1109/ICIT.2015.7125294 · Voir sur Semantic Scholar →
Cette étude de cas est présentée sous forme de résumé et de commentaire à des fins pédagogiques.. La publication originale est un document de conférence de l'IEEE; le droit d'auteur appartient à l'IEEE. La section Perspective PQ (Section 7) et les diagrammes SVG sont un contenu éditorial IPQDF original de Denis Ruest, M.Sc.. (Appliqué), P.Eng. (ret.). IPQDF ne revendique pas la paternité de la recherche originale.