Une alimentation stable réduit la facture d'électricité

La qualité du réseau sous pression

‘Mon installation tombe constamment en panne’, ‘Mes moteurs chauffent’, ‘Mon installation est défectueuse’, ‘Je paie mes factures d'électricité au prix fort’. Les électriciens industriels sont fréquemment confrontés à de telles déclarations de la part de leurs clients. De plus, il semble que les plaintes à ce sujet ne fassent qu'augmenter. Est-ce le cas? Et que pouvez-vous faire?

Les harmoniques

Nous pouvons comparer la situation à celle d'une piscine. Supposons que vous soyez le premier nageur à entrer dans une piscine le matin. Une masse d'eau plate comme un billard vous attend, sans aucune turbulence. Vous nagez calmement quelques longueurs sans gaspiller d'énergie. Supposons maintenant que vous refassiez le même parcours une heure ou deux plus tard. Pendant ce temps, des enfants jouent dans la même eau. Des adultes nagent dans des couloirs à côté de vous et de l'eau s'écoule d'un toboggan quelque part dans la piscine. Si vous nagez dans le même couloir aujourd'hui que deux heures plus tôt, vous aurez besoin de beaucoup plus d'énergie pour contrer les turbulences accrues.
Il en va de même pour le réseau électrique dans l'industrie, où de nombreuses influences entraînent un fonctionnement inefficace. Il ne faut pas chercher bien loin la cause première, car dans de nombreux cas, ce sont les commutations à haute fréquence dans l'électronique qui sont en cause.

Les harmoniques générées sont souvent à l'origine des problèmes. Les conséquences peuvent être lourdes pour les entreprises

Les régulateurs de fréquence, les onduleurs et autres appareils similaires commutent si rapidement que des harmoniques se forment, ce qui n'était pas le cas avec les charges principalement linéaires du passé. À leur tour, les harmoniques générées sont souvent à l'origine de problèmes. Les conséquences peuvent être graves pour les entreprises. Les conséquences d'une mauvaise qualité de l'énergie, en particulier en raison du facteur de puissance (cos phi) et des harmoniques, sont les suivantes

• augmentation des courants de ligne et d'équipement entraînant des pertes ohmiques supplémentaires;
• augmentation des courants de ligne et d'équipement entraînant une réduction de la production effective ou une augmentation des coûts énergétiques;
• une augmentation des pertes entraînant des températures de fonctionnement plus élevées, ce qui réduit la durée de vie de l'équipement;
• une défaillance prématurée de l'équipement due à l'augmentation des contraintes électriques et thermiques;
• les pannes d'équipement;
• des interruptions (micro) non planifiées entraînant des pertes de production et une mauvaise qualité de production.

Nous pouvons maintenant prendre deux directions: soit nous rejetons simplement la faute sur le 'réseau électrique' et nous nous limitons à quelques solutions de fortune: dimensionnement différent des câbles, autres dispositifs de sécurité, meilleur refroidissement des moteurs échauffés, etc. Mais vous le sentez bien: ces solutions ne s'attaquent pas à la racine du mal. Heureusement, il existe d'autres solutions qui prennent le taureau par les cornes et qui permettent de réaliser de belles économies.

TYPES DE DÉFAUTS
Pour trouver la bonne solution à un problème, il faut d'abord en identifier la cause exacte. Dans un article précédent, nous avons exploré les causes possibles des dysfonctionnements. Dans cet article , nous examinons de plus près les solutions possibles, en nous concentrant sur les innovations dans ce domaine. Remarque: avant d'agir, il est primordial de prendre les mesures nécessaires pour déterminer la cause. Vous trouverez plus d'informations à ce sujet dans l'article mentionné ci-dessus.

Solutions possibles

Régulateurs de tension

Le principe d'un régulateur de tension est relativement simple: il fonctionne comme un transformateur qui fournit une tension définie à sa sortie. Pour ce faire, le transformateur possède une partie d'un enroulement commun aux enroulements primaire et secondaire. La tension peut être soigneusement choisie en fonction de la charge prévue. Si la charge change, le régulateur de tension revient automatiquement à la tension prédéfinie. Cette méthode est particulièrement efficace pour les charges linéaires telles que l'éclairage conventionnel (lampes à incandescence et fluorescentes). Pour ces applications, elle permet de réaliser des économies substantielles, bien qu'elles émettent proportionnellement moins de lumière lorsque la tension est réduite. Cette solution est donc moins adaptée aux entreprises qui sont déjà passées à l'éclairage LED. Pour les entreprises industrielles, il existe également un autre inconvénient. Si les moteurs fonctionnent avec une charge standard proche de la puissance nominale (ce qui est le cas dans la grande majorité des cas), la réduction de la tension n'apporte pas d'économies réelles, mais seulement une réduction de la puissance de sortie. En outre, la réduction de la tension peut entraîner des pertes supplémentaires dans la ligne, en raison d'une augmentation du courant de compensation. Pour les moteurs fonctionnant sur la base d'un contrôle de fréquence, on ne peut même pas s'attendre à des économies, car ils sont moins affectés par les fluctuations de tension.

Filtres à harmoniques

Pour filtrer les harmoniques, on peut utiliser des filtres. Il en existe deux types: le filtrage actif et le filtrage passif. Une combinaison des deux est également possible, appelée filtrage hybride.

Une version passive a un fonctionnement 'statique' et vise à filtrer des harmoniques spécifiques. Le filtre est composé d'une combinaison de bobines, de capacités et de résistances, couvrant un certain spectre. En d'autres termes, l'apparition des harmoniques doit être visible, sinon le filtrage ne sera pas efficace. Si le spectre des harmoniques change, les paramètres d'un filtre passif devront être réinitialisés pour assurer un fonctionnement correct. Dans la pratique, un filtre passif est donc surtout utilisé pour les charges qui produisent constamment le même spectre d'harmoniques. Sa construction relativement simple en fait une solution économique et robuste.

Un filtre actif va plus loin et détecte de manière autonome les courants harmoniques présents dans l'installation. Il les compense ensuite. Il est donc beaucoup plus souple à utiliser dans l'industrie, où les changements de charge avec des harmoniques variables sont fréquents et doivent être filtrés. La détection peut avoir lieu dans l'alimentation d'un générateur d'harmoniques potentiel ou dans l'alimentation principale.
En outre, nous faisons la distinction entre un filtre actif commandé par tension et un filtre actif commandé par courant. La version à commande par tension comporte un condensateur sur la liaison CC et une commande de tension CC; la version à commande par courant comporte une bobine sur la liaison CC et une commande de courant CC. Le filtre harmonique actif alimenté en tension a des pertes plus faibles et une meilleure capacité de filtrage des harmoniques générées par les contrôleurs PWM (Pulse Widht Modulation). En revanche, les filtres harmoniques actifs alimentés en courant sont plus performants en termes de compensation dynamique du courant et de fiabilité.

Dans un filtre d'harmoniques hybride, un filtre actif est placé en parallèle avec un filtre passif. Le filtre actif filtre alors les harmoniques dans le spectre le plus bas, tandis que les harmoniques plus élevées sont traitées par le filtre passif.

Correction du facteur de puissance

Les personnes confrontées à des charges réactives élevées peuvent éviter des factures d'électricité élevées grâce à la correction du facteur de puissance. Grâce à une surveillance continue du facteur de puissance, des mesures très rapides peuvent être prises pour ramener le facteur de puissance vers 1.

Réactances de ligne

Les réactances de ligne consistent en une structure électromagnétique, avec un noyau de matériau ferreux entouré d'une bobine. La bobine génère un champ magnétique opposé lorsque le courant la traverse, ce qui réduit les pointes de courant. Les pointes de courant sont ainsi réduites, ce qui permet de réduire les harmoniques.

Innovation: E-Power EP-X / Amélioration de la qualité de l'alimentation en électricité

L'université de Florence et le fabricant italien Energia Europa ont récemment présenté des résultats intéressants concernant un nouveau système breveté d'économie d'énergie, de filtrage et de stabilisation du réseau, qui présente à première vue des avantages intéressants par rapport aux solutions susmentionnées. Le système E-Power fonctionne avec des champs électromagnétiques qui se chevauchent via une boucle de rétroaction, avec la particularité que la boucle de rétroaction fonctionne en temps réel. En outre, le courant primaire est décalé par rapport au courant secondaire, grâce à un enroulement avancé des bobines et à un matériau spécial qui constitue le filtre. Lorsque le courant augmente, la tension reste constante.

Le principe de fonctionnement est basé sur celui d'un ensemble inductif de bobines et de filtres d'interférence électromagnétique (filtre EMI) et de filtres passifs connectés en série entre l'alimentation et la charge, mais avec la particularité que l'inductance n'est pas constante. Grâce à un système interconnecté de commutateurs et de bobines, l'inductance du système change dynamiquement de valeur, ce qui permet de contrer l'influence harmonique sur le réseau.

En fait, nous pourrions décrire le système comme un système hybride actif/passif, mais sans les problèmes propres aux composants de puissance des filtres actifs. Les pertes peuvent être considérées comme pratiquement nulles grâce à la présence de composants purement réactifs et de commutateurs/contacts neutres. Cela contraste avec les résistances et les composants de puissance de commutation des filtres actifs/hybrides traditionnels. En outre, la configuration est telle que le dispositif peut être connecté ou déconnecté du système grâce à un système de dérivation breveté.

Les résultats du système E-Power dans les installations industrielles sont étonnants en termes d'économie d'énergie, de filtrage du réseau et de stabilisation du site

En d'autres termes, il peut être décidé de rendre le système actif à tout moment. Les résultats obtenus par plusieurs entreprises industrielles sont étonnamment bons en termes d'économies d'énergie, de filtrage du réseau et de stabilisation, ce qui est à surveiller de près.

Le système E-Power offre une solution centralisée d'efficacité énergétique qui nécessite l'installation d'un seul dispositif, généralement juste après l'interrupteur basse tension du réseau et avant toute(s) charge(s) électrique(s) finale(s). Chaque installation est accompagnée d'une garantie du fabricant sur le pourcentage d'économie d'énergie (%) selon un protocole de mesure certifié par plusieurs universités.

L'illustration montre la construction d'un tel E-Power EP-X avec un écran de contrôle local où les paramètres électriques, les pourcentages d'économie d'énergie et les réductions de CO₂/NOx/SOx peuvent être contrôlés avec une option de rapport quotidien (ISO 50.001 et ISO 14.001) via un logiciel web avec connexion Internet WiFi, LAN et/ou GPRS.

Étude de cas 1: VAN DAMME (importateur et mûrir de bananes)

M. Tom Muylaert, responsable du réseau d'infrastructure chez Van Damme, était régulièrement confronté à des coupures de courant totales. Une recherche fébrile d'une solution technique a été entreprise avec son électricien attitré (Merelec), mais comme il n'était pas facile de déterminer la cause de ces pannes, un appel a été lancé à l'importateur Benelux d'E-power (Sanel NV) pour trouver ensemble une solution. Entre-temps, deux E-Power EP 800A et EP-X 1000A sont opérationnels depuis 2019 et 2023. Depuis lors, aucune coupure de courant n'a été détectée. L'E-Power ne se contente pas de stabiliser et d'harmoniser le réseau électrique interne, le système a également permis à Van Damme de réaliser une économie d'énergie moyenne de 4,8%. Chaque semaine, tous les rapports d'analyse sont envoyés par le logiciel web epowernow à la direction, tels que les émissions de CO₂NOx/SO_X-et les économies d'énergie financières.

Étude de cas 2 - VAN GILS SWEET CREATIONS (fabrique artisanale de crèmes glacées)

L'histoire est similaire chez Van Gils Sweet Creations. Depuis l'installation de l'E-Power (EP-X 1000) en avril 2018, ils ne sont plus confrontés à des coupures mensuelles. Le réseau électrique est filtré et stabilisé par l'E-Power, réalisant une économie d'énergie moyenne de 5% sur leur facture annuelle totale. Avant l'installation, les nombreuses interruptions provoquaient un arrêt complet de la production de 3 à 4 heures par interruption. À chaque fois, tous les processus de production devaient être redémarrés, ce qui n'était pas une sinécure pour la direction et les employés. Comme l'E-Power envoie les 50 paramètres électriques au serveur web epowernow toutes les 2 secondes, Van Gils a également établi une perte latente électrique interne dont elle n'était pas encore consciente. Cela a également permis de réaliser des économies d'énergie supplémentaires. Les électriciens intéressés peuvent obtenir plus d'informations ou une visite guidée auprès du distributeur Sanel (www.sanel.be).