Qualité électrique Power and Lighting (partie 1)

Introduction

Les préoccupations concernant les effets des produits d'éclairage sur les systèmes de distribution d'énergie ont attiré l'attention sur qualité de l'alimentation. Mauvaise qualité de l'alimentation peut gaspiller de l'énergie et de la capacité d'un système électrique; il peut nuire à la fois le système et les dispositifs fonctionnant sur le système de distribution électrique.

Il ya beaucoup d'éléments dans un système de pouvoir qui affecte deux paramètres majeurs; facteur de puissance et les harmoniques. Moteurs électriques, certains appareils d'éclairage, transformateurs et autres appareils inductifs et capacitifs présentent puissance réactive dans le système, et ainsi participer à endommager le facteur de puissance. Ces composants doivent puissance réactive à travailler.

Charges non linéaires comme UPS, systèmes informatiques, luminaires fluorescents, LFC, l'électronique numérique, etc. sont des effets de distorsion des formes d'ondes de courant et d'introduire des harmoniques au système d'alimentation.

Quelle est la qualité de l'alimentation?

Pour un système de distribution électrique, qualité de l'alimentation est la mesure dans laquelle la ligne de tension est une onde sinusoïdale d'amplitude constante. Figure 1 montre une forme d'onde de 120 volts (En), 60-hertz (Hz) tension de la ligne de la qualité de puissance idéale. Dans un circuit à courant alternatif, les électrons circulent vers la source de puissance pour une moitié du cycle et à une distance à partir de la source de puissance pour l'autre moitié,.

À 60 Hz, l'onde de tension se termine un cycle de chaque 1/60^e d'un second, ou environ tous les 17 millisecondes (1/50^e d'un second, ou 20 millisecondes 50 systèmes Hz). Problèmes avec les générateurs d'un service public ou d'un système de distribution peuvent causer de graves problèmes de qualité de l'alimentation tels que les chutes de tension et transitoires, qui peuvent tous deux réduire la durée de vie des systèmes d'éclairage et autres équipements électriques. Des niveaux élevés de distorsion (écart par rapport à onde sinusoïdale) dans le système de distribution peuvent également nuire à l'équipement électrique.

Contrairement à des chutes de tension et transitoires, cependant, distorsion est souvent causée par des dispositifs électriques fonctionnant sur le système.

Pour un appareil électrique spécifique, la qualité de l'énergie à long terme décrit la mesure dans laquelle le dispositif à la fois déforme la forme d'onde de tension et change la relation de phase entre la tension et le courant. Un dispositif avec des caractéristiques idéales de la qualité de puissance ne fausse la tension d'alimentation, ni affecte la relation de phase tension-courant.

Figure 1 – forme d'onde de tension de 120 V pour une, 60Alimentation Hz avec une qualité de puissance idéale

Une onde sinusoïdale lisse est caractéristique de tension non faussée. A la fréquence de 60 Hz, l'onde se répète chaque 16.7 ms. L'amplitude est 170V; La racine carrée moyenne (rms) valeur de l'onde est de 120 V.

Comment les systèmes d'éclairage n'affectent la qualité de l'alimentation?

Figure 2 – Onde de courant très déformée

La plupart des systèmes d'éclairage à incandescence ne réduit pas la qualité d'un système de distribution d'énergie, car ils ont des formes d'onde sinusoïdales de courant qui sont en phase avec la forme d'onde de tension (le courant et la tension à la fois augmenter et diminuer en même temps).

Fluorescent, décharge à haute intensité (HID), et les systèmes d'éclairage à incandescence basse tension, qui utilisent des ballasts ou transformateurs, peut avoir faussé les signaux de courant. Figure 2 montre un exemple d'une forme d'onde de courant très déformée typique de certains ballast électronique pour lampes fluorescentes compactes. Les appareils avec de tels signaux de courant déformées, le courant présente de courtes rafales (au lieu de tirer en douceur), ce qui crée une distorsion de la tension. Ces dispositifs de formes d'ondes de courant peuvent également être en opposition de phase avec l'onde de tension.

Un tel déplacement de phase peut réduire l'efficacité du circuit de courant alternatif. En Figure 3, la vague actuelle est en retard sur l'onde de tension.

Pendant une partie du cycle, le courant est positif lorsque la tension est négative (ou vice versa), comme le montrent les zones hachurées; le travail courant et de tension contre l'autre, la création de la puissance réactive. L'appareil produit des travaux que pendant le temps représentée par les parties non ombrées du cycle, qui représentent la puissance active du circuit.

Puissance réactive ne fausse pas la tension. Cependant, elle est importante qualité de l'alimentation préoccupation parce que les systèmes de distribution des services publics doivent avoir la capacité de mener à la puissance réactive, même si elle accomplit aucun travail utile.

Les deux fabricants d'éclairage et les propriétaires d'immeubles peuvent prendre des mesures pour améliorer la qualité de l'alimentation. La plupart des ballasts électroniques pour pleine grandeur lampes fluorescentes ont des filtres pour réduire la distorsion actuelle. Certains ballasts électroniques pour lampes fluorescentes compactes ont une forte distorsion de courant, mais contribuent très peu à la distorsion de tension en raison de leur faible puissance.

Figure 3 – Déphasage puissance réactive

Les ballasts magnétiques pour lampes fluorescentes et DHI ont généralement cours à la traîne. Certains ballasts magnétiques contiennent des condensateurs qui resynchroniser le courant et la tension, ce qui élimine la puissance réactive. Les propriétaires d'immeubles peuvent également installer des condensateurs dans leurs systèmes de distribution du bâtiment pour compenser des charges importantes avec un courant en retard.

Quels sont les harmoniques?

A est une onde harmonique avec une fréquence qui est un multiple entier de la fréquence fondamentale, ou onde principale. Toute forme d'onde déformée peut être décrit par l'onde fondamentale et une ou plusieurs harmoniques, comme représenté sur la Figure 4. Un déformée 60 Vague actuelle Hz, par exemple, peuvent contenir des harmoniques à 120 Hz, 180 Hz, et d'autres multiples de 60 Hz (en 50 systèmes de ceux-ci peuvent Hz 100 Hz, 150 Hz, d'autres multiples de 50 Hz).

L'harmonique dont la fréquence est double de celle du fondamental est appelé le second harmonique d'ordre; la troisième harmonique d'ordre a une fréquence trois fois supérieure à celle de la fondamentale, et ainsi de suite.

Figure 4 – Illustrant harmoniques

Noter – Une forme d'onde déformée dans Figure 4a peut être décrite par la somme d'une onde sinusoïdale avec une fréquence 1 Hz et d'amplitude 2 ft, qui est la fondamentale, et une seconde onde sinusoïdale avec une fréquence 3 Hz et d'amplitude 1 ft, qui est la troisième harmonique. Les deux vagues composants sont présentés dans Figure 4b.

Ondes de courant très déformé contiennent de nombreux harmoniques. Les composantes harmoniques voire (second ordre, quatrième ordre, etc) ont tendance à annuler les effets de l'autre, mais les harmoniques impaires ont tendance à ajouter de manière que la distorsion augmente rapidement parce que les pics et les creux de leurs formes d'onde coïncident souvent. L'industrie de l'éclairage appelle sa mesure la plus courante de distorsion distorsion harmonique totale (THD).

Total distorsion harmonique (THD) et le facteur harmonique

fabricants de ballast, les services d'électricité, et les organisations de normalisation définissent différemment THD, qui a causé une certaine confusion dans l'industrie de l'éclairage. Par exemple IEEE définit THD donnée dans la norme IEEE 1035-1989 comme suit:

Où:

• Je₁ est la racine carrée moyenne (rms) de la forme d'onde de courant fondamental
• Je₂ est la valeur efficace de l'harmonique de second ordre onde de courant
• Je₃ est la valeur efficace de la troisième harmonique d'ordre onde de courant, etc.

Ou tel que défini dans la CEI 61000-2:

Où Je₁ est la forme d'onde de courant fondamental.

De l'autre côté, ANSI et CSA utilisent la formule suivante pour calculer THD:

Où:

• Je₁ est la valeur efficace de la forme d'onde fondamentale,
• Je₂ est la valeur efficace de l'harmonique de second ordre onde de courant
• Je₃ est la valeur efficace de la troisième harmonique d'ordre onde de courant, etc.

Comme nous pouvons le voir, selon la seconde définition, THD est toujours inférieure à 100%. Le tableau ci-dessous donne quelques conversions entre les deux définitions.

Utilities fournissent généralement tension avec moins de 2% THD. Cependant, THD courant pour les appareils électroniques peut être très élevé, souvent sur 100%. Table 1 énumère THD courant de certaines charges d'éclairage, telle que mesurée par NLPIP. Appareils à fort courant THD contribuent à la tension THD en proportion de leur pourcentage de la charge totale d'un bâtiment. Ainsi, dispositifs puissance plus élevée peuvent augmenter la tension THD plus de dispositifs à faible puissance. Si la distorsion harmonique est une préoccupation pour un système d'éclairage, NLPIP recommande que les prescripteurs utilisent des ballasts électroniques avec des filtres pour minimiser THD.

Le THD de tension recommandée maximale admissible au point où un bâtiment se connecte au réseau de distribution d'utilité est 5% (IEEE 1992).

Figure 5 montre que la tension THD atteint cette limite lorsque la charge de près de la moitié du bâtiment a THD courant de 55%, ou quand environ un quart de la charge de la construction a THD courant de 115%.

THD de la tension résultant de 55% et 115% courant THD
A suivre dans l'article technique partie 2 ...