Quel est le rapport entre les mesures et les économies d'énergie ? Tout est question d'efficacité et de résultat final.

Les installations industrielles doivent consommer de l'énergie pour rester en activité, produire ou générer des données, quelles qu'elles soient, et la plupart d'entre elles gaspillent trop d'électricité dans ce processus. Ce sont des utilisateurs inefficaces de l'énergie. Il y a vingt ans, les gestionnaires d'installations ne se préoccupaient pas de l'efficacité énergétique, car l'énergie était bon marché. Lorsque l'énergie est devenue plus chère, les gestionnaires ont commencé à s'intéresser de plus en plus à la réduction de leur facture énergétique, mais les mesures devaient être traduites en termes commerciaux.

Où se situe le point de basculement où les déchets sont si importants qu'il est logique de s'y attaquer ?

Pour répondre à cette question, vous devez mesurer la quantité d'énergie que vous consommez pour les différents types de travail (systèmes) dans votre bâtiment et la comparer aux normes. Vous aurez ainsi une bonne vue d'ensemble de l'ampleur du gaspillage. En prenant plusieurs mesures, vous pouvez déterminer la cause profonde du gaspillage. Les trois points d'une comparaison d'efficacité sont les suivants 1) la quantité de gaspillage combinée à 2) la cause et 3) le coût pour y remédier.

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Quand est-il judicieux d'économiser l'énergie ?

Les économies d'énergie ont du sens pour les établissements qui veulent réduire leurs frais généraux afin d'accroître leur productivité - des établissements qui veulent faire plus avec moins, et pas seulement dépenser moins.

L'inspection de la consommation d'énergie permet d'identifier les possibilités d'amélioration de l'efficacité et donne au gestionnaire de l'installation les outils nécessaires pour comprendre quelles sont les activités d'économie d'énergie qui ont un sens, compte tenu des objectifs principaux de l'installation, et quelles sont les économies d'énergie qui ne sont pas suffisamment rentables ou qui sont trop éloignées des priorités. Les meilleures opportunités se trouvent généralement dans les installations dotées d'anciens et grands systèmes consommateurs d'énergie qui n'ont pas été optimisés. Les installations de production où peu d'automatisation ou de contrôles ont été mis en place, ainsi que les installations dotées de grands systèmes de vapeur ou d'air comprimé, sont également de bons candidats.

Combien peut-on économiser ?

Selon le ministère américain du commerce (DOE), les établissements peuvent réduire leurs factures d'énergie jusqu'à 25%, mais le montant réellement économisé dépend d'un certain nombre de facteurs. Tout d'abord, il est nécessaire d'examiner les systèmes en place et les activités qui se déroulent dans l'établissement. En particulier, les charges importantes qui n'ont jamais été mises en correspondance avec la grille tarifaire de la compagnie d'électricité, afin de profiter des plages horaires les moins chères, peuvent très bien permettre de réaliser des économies significatives. Une installation qui traite principalement de petites taxes peut ne pas être en mesure de bénéficier de cette option. Deuxièmement, il est nécessaire d'évaluer le degré d'inefficacité des systèmes du bâtiment. Un bâtiment récent et bien entretenu n'offrira pas autant de possibilités d'économies qu'un bâtiment plus ancien, dont les systèmes et les équipements ne répondent plus aux réglages et aux procédures d'entretien recommandés.

Lorsque vous pensez au gaspillage d'énergie à la maison, vous pensez probablement aux courants d'air qui pénètrent par des interstices ou aux vieilles ampoules qui sont remplacées par des diodes électroluminescentes (DEL). Mais quel type de “gaspillage d'énergie” se produit dans une usine ou une installation à usage mixte ?

Utiliser de l'énergie pour chauffer ou refroidir l'air et forcer le système de ventilation, qui fuit alors par la fenêtre, oblige le système à surproduire et donc à surconsommer. Combien d'autres systèmes dans l'établissement travaillent plus qu'ils ne le devraient à cause de filtres obstrués, de moteurs surdimensionnés, etc.

Il est donc certain que des déchets peuvent se produire dans une usine ou une installation à usage mixte, à la fois en termes d'éclairage et d'enveloppe du bâtiment. Mais s'agit-il des premiers types de déchets à traiter ?

Vous ne pouvez répondre à cette question que si vous enregistrez la consommation d'énergie de toutes les charges principales, que vous la reliez à la grille tarifaire et au programme d'exploitation, et que vous calculez l'efficacité. Souvent, il est possible d'économiser tellement sur les processus de maintenance et d'exploitation des principaux équipements d'un établissement qu'il est possible d'économiser suffisamment d'argent en l'espace de quelques années pour accélérer le remplacement de ces équipements par un modèle moins gaspilleur.

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Réduire la consommation d'énergie lorsque les budgets, le temps et les ressources sont limités

Travailler à partir d'une base de référence.

Le point de départ consiste à déterminer où et quand l'énergie est utilisée et par qui. Une fois que les propriétaires, les gestionnaires et les techniciens de l'établissement savent exactement quelle quantité d'énergie est nécessaire pour faire fonctionner l'entreprise, par rapport à la quantité d'énergie gaspillée, ils peuvent prendre des décisions et déterminer une stratégie. Pour obtenir ce statut, il est conseillé de vérifier les dernières factures des services publics et de rechercher les pénalités et les frais liés à la demande pendant les heures de pointe. Téléchargez une copie de la grille tarifaire sur le site web de la compagnie d'électricité afin de connaître le coût des unités d'énergie à différents moments de la journée, par rapport à votre horaire de fonctionnement. Si nécessaire, contactez directement la compagnie d'électricité, qui se fera un plaisir de vous aider.

Demandez ensuite à votre équipe d'électriciens ou à un ingénieur électricien d'enregistrer la puissance aux entrées principales des services publics et aux alimentations des systèmes et des charges les plus importants. Enregistrez les kW, les kWh et le facteur de puissance sur une période représentative. Vous obtiendrez ainsi une image très précise de la consommation d'énergie réelle des circuits triphasés et des charges. Les économies les plus importantes sont souvent réalisées en déplaçant les processus de charge vers des périodes de la journée où les coûts de l'énergie sont moins élevés.

Quels sont les systèmes qui entraînent le plus grand gaspillage d'énergie ?

Évaluez non seulement le système d'alimentation électrique, mais aussi les systèmes électromécaniques, à vapeur et à air comprimé. Ces systèmes sont généralement à l'origine d'un gaspillage d'énergie qui est pourtant facile à résoudre.

Electromécanique
Il existe cinq types courants de gaspillage d'énergie dans un système électromécanique : 1) électrique, 2) mécanique/friction, 3) programmation, 4) contrôle et 5) dimensionnement/efficacité.

Une Fluke 1738 utiliser un enregistreur d'énergie avancé pour étudier la consommation d'énergie d'un système mécanique

1. Les surcharges de tension/courant et le déséquilibre des phases sont deux des gaspillages d'énergie les plus courants dans les systèmes électromécaniques. Ces deux problèmes électriques peuvent être détectés à l'aide d'analyseurs de la qualité de l'énergie et de caméras thermiques.
2. Le gaspillage d'énergie dans les systèmes mécaniques se manifeste par des surchauffes et des vibrations excessives. Celles-ci peuvent être détectées à l'aide d'images thermiques et d'appareils de mesure des vibrations. Les causes possibles vont du refroidissement et de la circulation de l'air à l'alignement des roulements et à d'autres causes de friction. Effectuez donc un balayage thermique des accouplements, des arbres, des courroies, des roulements, des ventilateurs, des composants électriques, des boîtiers de terminaison/connexion et des enroulements - toutes les options susceptibles de fonctionner de manière inefficace et donc de gaspiller de l'énergie.
3. Comme nous l'avons déjà mentionné, l'une des solutions les plus simples pour économiser l'énergie consiste à enregistrer la consommation d'énergie des grandes charges électromécaniques pendant un horaire de fonctionnement complet. Déterminez le moment où l'équipement consomme le plus d'énergie (souvent au démarrage) et vérifiez si les heures d'utilisation peuvent être décalées vers les périodes de la journée où les taux de consommation sont les plus bas.
4. En utilisant le même registre de consommation, comparez le programme de fonctionnement avec la fréquence à laquelle l'appareil consomme de l'énergie. Quelle est la consommation d'énergie de l'appareil lorsqu'il ne fonctionne pas ? En l'absence d'interrupteurs automatiques, la plupart des appareils doivent être éteints manuellement pour arrêter la consommation d'énergie, et les opérations manuelles ne sont souvent pas effectuées. Tous les appareils ne peuvent pas être éteints, mais la plupart peuvent être mis en veille. Le fonctionnement peut varier, de simple à entièrement automatisé, et de l'utilisation de capteurs et de minuteries à l'inactivité flexible des machines et à la saisie des processus commerciaux dans un automate programmable.
5. Évolution et niveaux d'efficacité. En particulier dans les installations anciennes, il est courant que les processus opérationnels changent mais que les charges restent inchangées. Cela signifie qu'un gros moteur de démarrage, coûteux, entraîne parfois un système qui n'a pas du tout besoin de cette puissance. Les directeurs d'agence sont naturellement enclins à utiliser les gros équipements le plus longtemps possible. Cependant, il est utile d'examiner la quantité d'énergie consommée par le moteur par rapport aux besoins réels de la charge et par rapport à une nouvelle unité très efficace de la bonne taille. Calculez la quantité d'énergie excédentaire consommée et multipliez cette valeur par le tarif à payer. Déterminez également le délai d'amortissement d'un nouveau moteur : il est parfois judicieux de remplacer l'équipement avant qu'il ne tombe en panne. Si ce n'est pas le cas, vérifiez si vous pouvez régler les commandes pour réguler la production.

Vapeur
Le chauffage des procédés représente une part importante des coûts d'exploitation contrôlables et le système doit être inspecté régulièrement afin d'éviter divers scénarios de gaspillage d'énergie.

Pour commencer, enregistrez la consommation d'énergie au niveau de la chaudière afin d'établir une base de référence pour la consommation d'énergie. Inspectez ensuite le système de distribution, y compris les purgeurs de vapeur, les manomètres, l'isolation, les pompes et les vannes. Utilisez un caméra thermique pour détecter les purgeurs de vapeur défectueux, les fuites, les blocages, les problèmes de valeur et les défaillances du condensat : l'objectif est de renvoyer autant de condensat préchauffé que possible vers la chaudière.

Vous pouvez également utiliser une caméra thermique pour vérifier s'il y a des fuites de vapeur. Vérifiez l'absence ou le relâchement de l'isolation et le bon fonctionnement de tous les purgeurs de vapeur ; nettoyez l'intérieur des chaudières et vérifiez que les tuyaux de transport de la vapeur ne sont pas obstrués. En effectuant toutes ces actions, vous pouvez détecter les gaspillages d'énergie et aider votre équipe à planifier des solutions d'économie d'énergie. Bon nombre de ces solutions peuvent déjà être mises en œuvre par le biais de la maintenance, plutôt que par des dépenses d'investissement.

Air comprimé
Un compresseur d'air de 100 chevaux peut consommer environ $50 000 d'électricité par an, et 30% de cette électricité servent à pressuriser de l'air qui n'est jamais utilisé en raison de fuites de distribution et de gaspillage pendant le fonctionnement. Cependant, de nombreuses installations n'ont jamais évalué l'efficacité de leurs processus d'air comprimé. Lorsqu'elles ont besoin d'une pression d'air plus importante, elles achètent et déploient un compresseur supplémentaire, sans se rendre compte qu'elles peuvent obtenir plus de pression avec leur système existant.

Les études de Compressed Air Challenge montrent que seuls 17% des utilisateurs d'air comprimé considèrent l'efficacité comme l'objectif de la gestion du système d'air comprimé, alors que 71% souhaitent simplement une alimentation en air cohérente et fiable. Cette philosophie se manifeste pendant le fonctionnement : les installations dotées d'équipements pneumatiques sont souvent dépourvues d'électrovannes, même simples, qui entraînent le compresseur en continu. Le personnel de l'atelier considère souvent l'air comprimé comme une ressource gratuite, l'utilisant pour nettoyer la zone de travail et même pour se rafraîchir.

Pour identifier et quantifier le niveau de gaspillage, vous pouvez commencer par enregistrer la consommation d'énergie sur un cycle de travail complet pour tous les compresseurs d'air. Cela vous donnera une idée de la quantité d'énergie nécessaire pour produire les niveaux de pression d'air actuels. De même, l'utilisation d'un calibrateur de pression enregistrer la pression à la sortie du compresseur et la comparer au point d'utilisation. Cela vous permet de déterminer la chute de pression et de vérifier que la pression requise par le fabricant pour l'utilisation de l'équipement pneumatique est atteinte ; il ne faut pas “utiliser” une pression trop élevée. En connectant un module de pression à un multimètre enregistreur pour effectuer ces tests, il n'est pas nécessaire d'investir immédiatement dans un équipement spécialisé. Enfin, vous pouvez toujours utiliser un imageur industriel sonique pour scanner la plus grande partie possible de la surface du tuyau d'air afin de déterminer l'emplacement et l'étendue des fuites d'air. Découvrez les avantages de ces tests calculateur de fuites d'air.

Conclusion

En fin de compte, ces bonnes pratiques simples et logiques peuvent vous permettre d'améliorer considérablement l'efficacité énergétique au niveau de l'usine. Individuellement, elles apportent déjà une valeur ajoutée, mais en les combinant, elles peuvent constituer un trésor d'économies d'énergie.

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Problème

Symptômes

Causes possibles

Diminution de l'éclairage, pannes d'ordinateur, cliquetis des relais et des contacteurs ou défaillance complète, arrêt de l'équipement et du système.
Alarmes et arrêts injustifiés et inexpliqués

Démarrage de charges importantes, en particulier de charges inductives importantes
Activités similaires dans les établissements voisins
Conditions météorologiques défavorables

Pointes de tension

Alimentation électrique défectueuse
Coupure et alarmes de surtension sur les variateurs de fréquence (VFD)

Défaillance dans une phase d'un système triphasé
Diminution soudaine de la charge
Commutation entre les groupes de condenseurs

Transitoires

Effets de l'embrasement et de la décharge d'étincelles dans les équipements de distribution
Isolation endommagée
Électronique défectueuse
Pannes d'ordinateur

Foudroiement
Condensateurs de commutation
Redémarrage des systèmes après une panne de courant
Arrêt soudain d'un grand équipement
Contacteurs sales ou usés

Interruptions

Arrêt de l'équipement

Perte momentanée de l'alimentation électrique

Déséquilibre

Moteurs et transformateurs triphasés surchauffés

Charges déséquilibrées sur des phases individuelles de panneaux triphasés
Offre déséquilibrée de services publics
Fonctionnement des soudeuses monophasées
Transformateurs en triangle ouvert

LES HARMONIQUES

Transformateurs en triangle ouvert
Transformateurs surchauffés
Moteurs inductifs surchauffés
Alarmes et arrêts injustifiés et inexpliqués des équipements électroniques

Charges non linéaires telles que les alimentations à découpage
Sections onduleur des systèmes d'alimentation sans interruption (UPS), des variateurs de fréquence et des chargeurs de batterie
Soudeurs
Fours à arc électrique

Analyseurs et enregistreurs de la qualité de l'énergie

Une Analyseur de qualité d'énergie  peut aider à identifier ces problèmes courants de qualité de l'énergie. Avec un analyseur de qualité d'énergie, vous ne manquerez plus jamais un événement crucial lié à la qualité de l'énergie. Qu'il s'agisse d'une vérification rapide du système ou d'une analyse détaillée de la qualité de l'énergie, il est essentiel de disposer de données cohérentes. En connectant la série 1770 à vos équipements, l'instrument fournit un système de mesure automatique unique qui vous assure de collecter les bonnes données à chaque fois - des transitoires rapides jusqu'à 8 kV, des harmoniques jusqu'à 30 kHz, des creux et des pointes, aux mesures de tension, de courant et de puissance qui vous permettent de caractériser les problèmes de votre système électrique.

• Analyseur de qualité d'énergie triphasé Fluke 1770

Les enregistreurs de qualité d'énergie facilitent l'établissement du profil de la consommation d'énergie dans votre installation. Ils fournissent des données sur les mesures de courant, ce qui vous permet de détecter et d'atténuer les sources de gaspillage d'énergie électrique ou les circuits surchargés. Ces outils sont très utiles pour les études de charge de routine et les programmes de maintenance préventive.

• Enregistreur de mesure de puissance triphasée Fluke 1732 et 1734
• Enregistreur de qualité d'énergie triphasée Fluke 1736
• Enregistreur de qualité d'énergie triphasée Fluke 1738
• Enregistreurs de qualité d'énergie triphasée Fluke 1742, 1746 et 1748

Les enregistreurs de qualité d'énergie sont l'outil idéal pour une analyse avancée de la qualité d'énergie. Les études de charge et l'analyse des transitoires permettent de découvrir les causes profondes des défaillances des équipements, afin de pouvoir effectuer les réparations nécessaires ultérieurement ou de développer des données de base pour les études de charge de routine.

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Méthodes d'essai traditionnelles pour les moteurs électriques

Si la méthode traditionnelle de mesure des performances et de l'efficacité des moteurs électriques est bien définie, le processus peut être coûteux à mettre en place et difficile à appliquer dans les processus de travail. En fait, le contrôle des performances des moteurs nécessite même souvent l'arrêt de l'ensemble du système, ce qui peut entraîner des temps d'arrêt coûteux. Pour mesurer l'efficacité des moteurs électriques, il faut déterminer à la fois la puissance d'entrée électrique et la puissance de sortie mécanique dans une large gamme de conditions de fonctionnement dynamiques. Selon la méthode traditionnelle de mesure des performances des moteurs, les techniciens doivent d'abord installer le moteur dans un banc d'essai. Le banc d'essai se compose du moteur à tester monté sur un générateur ou un banc d'essai de puissance.

Le moteur testé est relié à la charge par un arbre. Un capteur de vitesse (tachymètre) est connecté à l'arbre, ainsi qu'un certain nombre de capteurs de couple, qui fournissent des données à partir desquelles la puissance mécanique peut être calculée. Ce système fournit des données sur la vitesse, le couple et la puissance mécanique. Dans certains systèmes, la puissance électrique peut également être mesurée pour calculer l'efficacité.

Le rendement est calculé comme suit :

Pendant les essais, la charge est contrôlée pour déterminer l'efficacité sur une gamme de modes de fonctionnement. La configuration de l'essai peut sembler simple, mais elle présente quelques inconvénients inhérents :

1. Le moteur doit être mis hors service.
2. La charge du moteur n'est pas vraiment représentative de la charge entraînée par le moteur pendant le fonctionnement.
3. Pendant les essais, le fonctionnement doit être retardé (ce qui entraîne un temps d'arrêt) ou un moteur de remplacement doit être installé temporairement.
4. Les capteurs de couple sont coûteux. Ils ont une portée limitée, de sorte que des capteurs multiples/différents peuvent être nécessaires pour tester différents moteurs.
5. Un banc d'essai moteur adapté à une large gamme de moteurs est coûteux et les utilisateurs de ce type de banc d'essai sont généralement des ateliers de réparation de moteurs spécialisés ou des entreprises de développement de moteurs.
6. Il n'est pas tenu compte des conditions d'exploitation ‘réelles’.

Paramètres des moteurs électriques

Les moteurs électriques sont conçus pour des applications spécifiques en fonction de la charge et présentent donc des caractéristiques différentes. Ces caractéristiques sont classées selon les normes de la National Electrical Manufacturers Association ou de la Commission électrotechnique internationale et ont un effet direct sur le fonctionnement et le rendement du moteur. Chaque moteur possède une plaque signalétique indiquant les principaux paramètres de fonctionnement du moteur et les données de rendement conformément aux recommandations de la NEMA ou de la CEI. Les données figurant sur la plaque signalétique peuvent être utilisées pour comparer les exigences du moteur avec les conditions de fonctionnement réelles. En comparant ces valeurs, vous pouvez découvrir, par exemple, qu'un moteur dépasse la vitesse ou le couple prévu, ce qui peut raccourcir la durée de vie du moteur ou provoquer une défaillance prématurée. D'autres effets tels que le déséquilibre de la tension ou du courant et les harmoniques associés à une mauvaise qualité de l'alimentation secteur peuvent également entraîner de mauvaises performances du moteur. Si l'une de ces conditions se produit, la puissance du moteur - c'est-à-dire la performance attendue du moteur - doit être réduite, ce qui peut entraîner une perturbation du processus si la puissance mécanique générée est insuffisante. La réduction de puissance est calculée selon la norme NEMA en fonction des données spécifiées pour le type de moteur. Bien que les normes NEMA et CEI présentent quelques différences, elles suivent en grande partie les mêmes lignes.

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Conditions réelles d'utilisation

Tester des moteurs électriques sur un banc d'essai moteur signifie généralement tester le moteur dans les meilleures conditions possibles. Inversement, lorsque le moteur est utilisé dans des conditions réelles, ces meilleures conditions de fonctionnement n'existent généralement pas. Ces différences de conditions de fonctionnement contribuent toutes à la détérioration des performances du moteur. Par exemple, dans une installation industrielle, des charges peuvent être installées qui affectent directement la qualité de l'alimentation du réseau, provoquant un déséquilibre du système ou éventuellement une distorsion harmonique. Chacune de ces conditions peut sérieusement dégrader les performances du moteur. En outre, la charge entraînée par le moteur peut ne pas être optimale ou conforme à la conception originale du moteur. La charge peut être trop importante pour que le moteur puisse l'entraîner correctement, ou surchargée en raison d'un mauvais contrôle du processus. La charge peut même être entravée par un frottement excessif causé par un corps étranger bloquant une pompe ou une roue de ventilateur. L'enregistrement de ces anomalies peut être difficile et prendre beaucoup de temps, ce qui rend problématique un dépannage efficace.

Une nouvelle approche

Les Fluke 438-IIL'analyseur Fluke 438-II pour la qualité de l'alimentation secteur et les moteurs offre une méthode rationalisée et rentable pour tester l'efficacité des moteurs, élimine le besoin de capteurs mécaniques externes et évite les temps d'arrêt coûteux. Basé sur la série Fluke 430-II d'analyseurs de la qualité de l'alimentation secteur et de l'énergie, le Fluke 438-II dispose de toutes les fonctionnalités nécessaires pour mesurer la qualité de l'alimentation secteur tout en mesurant les paramètres mécaniques des moteurs électriques à couplage direct. En utilisant les données de la plaque signalétique du moteur (données NEMA ou CEI) combinées aux mesures de la puissance triphasée, le 438-II calcule en temps réel les données de performance du moteur telles que la vitesse, le couple, la puissance mécanique et le rendement, sans avoir recours à des capteurs de couple et de vitesse supplémentaires. Le 438-II calcule également directement le facteur de réduction du moteur en cours de fonctionnement.

Les données requises par le Fluke 438-II pour effectuer cette mesure sont saisies par le technicien ou le mécanicien et comprennent la puissance nominale en kW ou ch, la tension et le courant nominaux, la fréquence nominale, le cos φ ou facteur de puissance nominal, le facteur de service nominal et le type de conception du moteur des classes NEMA ou IEC.

Comment cela fonctionne-t-il ?

Le Fluke 438-II est capable d'effectuer des mesures mécaniques (vitesse du moteur, charge, couple et rendement) en appliquant des algorithmes exclusifs aux signaux d'ondes électriques. Les algorithmes combinent une combinaison de modèles physiques et de modèles basés sur les données d'un moteur à induction, sans nécessiter aucun des tests de prémesure habituellement requis pour estimer les paramètres du modèle de moteur, tels que la résistance du stator. La vitesse du moteur peut être estimée à partir des harmoniques des formes d'ondes de courant produites par les fentes du rotor. Le couple de l'arbre du moteur peut être lié aux tensions, aux courants et au glissement du moteur à induction par des relations physiques connues mais complexes. La puissance électrique est mesurée à l'aide des formes d'onde du courant et de la tension d'entrée. Après avoir estimé le couple et la vitesse, la puissance mécanique (ou charge) est calculée en multipliant le couple par la vitesse. Le rendement du moteur est calculé en divisant la puissance mécanique estimée par la puissance électrique mesurée. Fluke a effectué des tests approfondis sur des moteurs instrumentés pilotant des bancs d'essai de puissance. La puissance électrique réelle, le couple de l'arbre du moteur et la vitesse du moteur ont été mesurés et comparés aux valeurs indiquées par le 438-II pour déterminer les niveaux de précision.

Vue d'ensemble

Si les méthodes traditionnelles de mesure des performances et de l'efficacité des moteurs électriques sont bien définies, elles ne sont pas nécessairement très répandues. Cela est dû en grande partie au coût de l'arrêt des moteurs, et parfois de systèmes entiers, à des fins de test. Le Fluke 438-II fournit des informations extrêmement utiles qu'il était jusqu'à présent difficile et coûteux d'obtenir. En outre, le Fluke 438-II sont des fonctions avancées d'analyse de la qualité de l'alimentation secteur qui permettent de mesurer la qualité de l'alimentation secteur pendant que le système fonctionne à plein régime. Les mesures critiques du rendement des moteurs sont simplifiées en éliminant le besoin de capteurs de couple externes et de capteurs de vitesse séparés. Cela permet d'analyser les performances de la plupart des processus industriels entraînés par des moteurs électriques en cours de fonctionnement. Les techniciens peuvent ainsi réduire les temps d'arrêt et identifier les tendances des performances du moteur au fil du temps, ce qui leur permet d'avoir une meilleure idée de l'état général et des performances du système. En enregistrant les tendances des performances, les changements susceptibles d'indiquer des défaillances imminentes du moteur peuvent être identifiés et le remplacement est possible avant que ces défaillances ne se produisent.

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Il y a ensuite la stratégie. Et c'est là que la chaussure peut parfois faire des siennes.

Dans un environnement industriel, une stratégie ne peut fonctionner que s'il y a suffisamment de connaissances et d'expérience pour soutenir la vision, mais un retour sur investissement suffisant doit également être réalisé pour s'assurer que tout en vaut la peine. En ce qui concerne le gaspillage d'énergie dans l'industrie, il n'existe aucun institut de recherche où un directeur d'usine puisse se rendre pour déterminer ce qu'est une consommation d'énergie “raisonnable” dans une installation de production. Comment peut-on alors évaluer quelle partie de la consommation d'énergie actuelle est raisonnable et quelle partie est gaspillée, ou quelle partie de cette partie gaspillée est suffisamment efficace pour justifier une intervention ?

Le rendement dont il est question ici comprend le coût par kWh facturé par la compagnie d'électricité. Les tarifs varient en fonction de l'heure de la journée et de la période de l'année. La réduction de ces coûts permet également de réaliser des économies immédiates. L'investissement se compose du matériel et de la main-d'œuvre nécessaires pour modifier la consommation d'énergie. Le rendement est la période qui doit s'écouler avant que la réduction de la facture énergétique ne génère des bénéfices. Ce qui reste après le paiement des coûts est la cerise sur le gâteau.

Si nous nous penchons à nouveau sur la stratégie, comment pouvons-nous estimer le rendement de ces interventions s'il n'existe pas de norme industrielle permettant de mesurer une consommation d'énergie raisonnable ?

Profilage des déchets énergétiques industriels

Consommation d'énergie dans l'industrie varie en fonction de plusieurs facteurs :

• l'âge de l'usine
• le type de chargement et son format
• l'horaire de travail, à la fois le nombre d'heures par semaine et l'intensité de la charge
• le nombre de salariés
• le climat
• la philosophie de l'entretien.

La réponse à cette question est la suivante : n'essayez pas de tout faire. kW à gérer consommés par votre installation. Ce sont les ‘connaissances et l'expérience’ de l'équation. Divisez l'installation par l'infrastructure électrique, puis par les systèmes clés.

La conservation de l'énergie commence par deux tactiques de base : (1) l'inspection générale des systèmes clés et (2) la collecte de données ciblées, y compris l'enregistrement de la consommation d'énergie au niveau des principales entrées de service et des principaux points de charge.

Déterminer la consommation spécifiée d'un système et la consommation actuelle du système. En outre, déterminez la quantité de gaspillage (soit en termes d'heures et de type d'utilisation du système, soit en termes d'équipement et de système lui-même). Pour réaliser des économies, il faut s'attaquer à ce gaspillage dans l'installation, en modifiant les procédures, l'entretien ou l'équipement et les contrôles.

Composants énergétiques

Avant de commencer à examiner comment être en mesure de suivre la consommation d'énergie, Nous allons nous pencher à nouveau sur la manière dont nous définissons et mesurons l'énergie.

L'énergie peut être exprimée en termes de puissance réelle, réactive et apparente (Figure 1).

Le flux d'énergie est décrit comme suit :

• la puissance réelle (P) ou active en watts (W)
• puissance réactive (Q) en volts-ampères réactifs (VAr)
• puissance complexe (S) en volts-ampères (VA)
• la puissance apparente, la taille de la puissance complexe (VA)

La relation mathématique entre la puissance réelle, réactive et apparente peut être représentée par des vecteurs ou peut être exprimée par des nombres complexes, S = P + jQ (où j est l'unité imaginaire).

La puissance réactive ne transfère pas d'énergie - elle ne produit pas de travail - et est donc représentée par l'axe imaginaire du diagramme vectoriel. La puissance réelle déplace de l'énergie, c'est donc l'axe réel.

La vitesse du flux d'énergie dans un système dépend de la charge - est-elle résistive, réactive ou les deux ?

Avec une charge purement résistive, la tension et la polarité inverse du courant sont simultanées, le produit de la tension et du courant est positif à tout moment et seule la puissance réelle est transférée : du travail est produit.

Si la charge est purement réactive, la tension et le courant sont déphasés et le produit de la tension et du courant peut être positif ou négatif. Cela indique qu'une partie de l'énergie est transférée à la charge et qu'une partie est renvoyée. Le transfert net d'énergie à la charge est nul : aucun travail n'est produit.

En réalité, toutes les charges comprennent une combinaison de résistance, d'inductance et de capacité, créant à la fois de la puissance réelle et de la puissance réactive dans un système. Par conséquent, les systèmes électriques sont conçus pour tolérer une certaine quantité de puissance réactive. Les problèmes surviennent lorsqu'une trop grande quantité de puissance réactive est générée. Non seulement il n'y a pas assez de puissance réelle pour produire le travail requis, mais la capacité globale du système à produire du travail est compromise. C'est également la raison pour laquelle les compagnies d'électricité infligent des amendes à leurs clients si leurs charges produisent trop de puissance réactive : il s'agit d'énergie gaspillée, car sa production coûte de l'argent, mais elle ne peut pas être utilisée. La plupart des factures des compagnies d'électricité comptabilisent la puissance réactive (VAr) et, sur beaucoup d'entre elles, elles calculent également le facteur de puissance, qui indique à quel point un système a chuté par rapport à une puissance réelle de 100 %. La plupart des compagnies d'électricité exigent de leurs clients qu'ils se maintiennent au-dessus de la limite de 0,95 PF (facteur de puissance).

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Contrôle de la consommation d'énergie

En comprenant les composantes de base de l'énergie, un électricien peut un équipement pour l'enregistrement de la consommation d'énergie pour mesurer le niveau global et la qualité de la consommation, puis pour déterminer à quel moment l'énergie est consommée et par quel moyen elle l'est.

Enregistrez la puissance aux panneaux principaux et secondaires et aux charges importantes. Enregistrez les kW, les kWh et le facteur de puissance sur une période représentative.

Cela vous donne une image très précise de la consommation d'énergie réelle pour les circuits et les charges triphasés.

Vous pouvez réaliser les économies d'énergie les plus importantes en déterminant les heures de pointe de la consommation électrique, en évaluant le facteur de puissance et la consommation électrique totale par rapport aux factures des services publics, et en rééquilibrant les charges si nécessaire. Même un pic de consommation de quelques minutes seulement peut entraîner une augmentation du tarif de l'entreprise de distribution pendant plusieurs heures, jours, voire semaines.

En programmant différemment l'utilisation des taxes, une entreprise peut profiter des périodes où l'énergie est moins chère. Déterminez dans quelle mesure le facteur de puissance est inférieur à ‘1’ et vérifiez les factures de la compagnie d'électricité pour voir s'il y a des déductions pour un mauvais facteur de puissance. Si c'est le cas, l'enregistreur de puissance peut aider à remonter aux sources. Après avoir effectué les changements nécessaires dans les zones d'alimentation, reconnectez l'enregistreur pour vérifier que vous bénéficiez bien de ces améliorations en matière d'efficacité.

Savoir où se produit le gaspillage d'énergie

Chaque système et chaque processus peut être une source de gaspillage, qu'il convient de contenir ou d'éliminer. Vous pouvez déjà commencer par examiner les sous-systèmes électriques, les systèmes d'air comprimé ou de vapeur et les systèmes électromécaniques spécifiques, mais en réalité, chaque processus comporte des points de gaspillage potentiels qui doivent être mesurés.

L'objectif est de cartographier la consommation d'énergie d'équipements et de processus spécifiques, de voir où l'énergie est gaspillée et de quantifier le gaspillage. Cela permet de hiérarchiser les améliorations ou les remplacements en fonction de la durée de vie de l'équipement et de déterminer les modifications qui offrent le meilleur retour sur investissement.

La cartographie de la consommation fournit également un point de départ à partir duquel l'efficacité des projets d'économie d'énergie peut être mesurée pour justifier les coûts.

Sources communes de déchets dans les sous-systèmes électriques :

• Les taxes restent parfois allumées en dehors des heures de travail ou fonctionnent inutilement au moment le plus coûteux de la journée.
• Si le moteur n'est pas régulé, cela peut signifier qu'il génère plus de puissance que nécessaire.
• Les processus à tension/courant excessifs entraînent une consommation d'énergie excessive pour compenser.
• Le déséquilibre de phase fait que l'énergie est consommée à la charge sans pouvoir être déployée.

Identifier et quantifier :

• Effectuez un balayage thermique du tableau électrique et de la charge mécanique pour vérifier qu'il n'y a pas de surchauffe.
• Consigner la consommation d'énergie sur une longue période : quelle quantité d'énergie est consommée, à quel moment et quelle est la quantité de déchets ?

Déchets courants et points d'inspection dans les systèmes électromécaniques :

• Un frottement excessif dû à un mauvais alignement, à des roulements, à un déséquilibre et à un manque de rigidité oblige le moteur à travailler trop fort et à consommer trop d'énergie.
• Les charges non contrôlées restent parfois allumées en dehors des heures de travail, fonctionnent aux heures de pointe, produisent plus d'énergie que nécessaire ou souffrent de surtension, de conditions de courant et de déséquilibre de phase.
• Les équipements mécaniques vieillissants peuvent consommer tellement plus d'énergie que les nouveaux modèles à haut rendement que leur remplacement anticipé peut être justifié par la seule baisse de la consommation en kWh.

Identifier et quantifier :

• Effectuez un balayage thermique du panneau d'entraînement et de la charge mécanique pour vérifier qu'il n'y a pas de surchauffe. Une surchauffe peut indiquer une inefficacité électrique.
• Enregistrez la consommation d'énergie sur une longue période : vérifiez le nombre total de kWh, le facteur de puissance, la demande de pointe, le déséquilibre et les harmoniques.
• Tester les niveaux de vibration par rapport aux normes et identifier les solutions de maintenance les plus appropriées, telles que le rééquilibrage.
• Effectuer un balayage thermique des accouplements, des arbres, des courroies, des roulements et des ventilateurs.
• Vérifier les niveaux de courant et de tension.
• Effectuer un balayage thermique de la boîte de terminaison/connexion et des enroulements et effectuer un test de résistance d'isolation.

Déchets courants et points d'inspection dans les systèmes d'air comprimé :

• Des fuites excessives dans les conduites d'air comprimé entraînent un fonctionnement excessif pour maintenir l'approvisionnement.
• Les compresseurs qui restent allumés en dehors des heures de travail gaspillent de l'énergie.

Identifier et quantifier :

• Enregistrer la consommation d'énergie au niveau du compresseur et la comparer à la consommation de base.
• Mesurez la pression au niveau du compresseur et au point d'utilisation pour déterminer la perte de charge.
• Examiner les canalisations à l'aide d'ultrasons pour identifier les fuites.

Déchets courants et points d'inspection dans les systèmes de vapeur :

• Des purgeurs de vapeur défectueux et une isolation inadéquate entraînent un gaspillage de vapeur, produisant de la vapeur inutile pour maintenir l'approvisionnement nécessaire.

Identifier et quantifier :

• Enregistrer la consommation d'énergie au niveau de la chaudière et la comparer à la consommation de base.
• Effectuer un balayage thermique des canalisations et des purgeurs de vapeur pour détecter les manques d'isolation et les obstructions.

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Rendre les rendements transparents

Compte tenu de l'absence de normes industrielles, comment savoir quels sont les systèmes qui ont le meilleur rendement énergétique potentiel ? Notre meilleure source d'information à l'heure actuelle est fournie par les exemples de situations courantes. Voici quelques exemples de systèmes industriels courants.

Inspection des systèmes électromécaniques

Type d'établissement : Usine de recyclage d'acier en Allemagne
Type d'équipement : ventilateur à entraînement par courroie, pour le refroidissement du processus
Mesures effectuées : mesures des vibrations
Problèmes identifiés : un léger déséquilibre a été détecté, en plus d'un défaut d'alignement et de l'usure des roulements.
Économies réalisées : Un rééquilibrage était nécessaire. Un moteur de 350 kW fonctionnait à 80 % de sa puissance nominale ; la puissance mesurée était d'environ 280 kW. Après le rééquilibrage, la consommation d'énergie a diminué de 3 %. À un tarif de 0,11 euro/kWh, cela représente une économie annuelle de 8 094 euros.

Inspection du système d'air comprimé

Type d'établissement : production
Type d'équipement : système d'air comprimé
Mesures effectuées : test du système d'air comprimé à l'aide d'ultrasons (enregistrement complet des données du compresseur recommandé)
Problèmes identifiés : la quantité d'air comprimé produite par rapport à la demande réelle.
Économies réalisées : De nombreuses possibilités d'économies ont été trouvées. Les économies annuelles totales s'élèvent à 50 600 euros. Le compresseur est arrêté le week-end : économies annuelles de 32 700 euros. Des solénoïdes sont installés pour couper l'alimentation en air lorsque les machines sont arrêtées : économies annuelles de 7 100 euros. Réparation de 36 fuites : économie annuelle de 4 800 euros. Installation de filtres dans le système pour un coût unique de 6 000 euros ; économies annuelles grâce à ces filtres : 6 000 euros.

Inspection du purgeur de vapeur

Type d'établissement : production
Type d'équipement : chaudières et conduites de vapeur
Mesures effectuées : balayage thermique des conduites de vapeur
Problèmes identifiés : six purgeurs de vapeur défectueux ; fuite de vapeur des serpentins d'une cuve de galvanoplastie ; fuite de vapeur des tuyaux de galvanoplastie : possibilités de récupération du condensat
Économies réalisées : Six purgeurs de vapeur défectueux ont été remplacés pour un coût de 500 euros chacun. Économies réalisées : 3 200 euros par purgeur de vapeur sur la base des coûts connus, pour générer des calculs de pertes de vapeur et de chaleur. Économies totales : 16 200 euros.
Prochaine étape : Enregistrez la consommation d'énergie sur le panneau d'alimentation de la chaudière avant et après avoir remédié aux fuites et aux problèmes de condensats.

Augmentation de la productivité ou réduction des frais généraux ?

La question suivante est amusante : une fois que vous avez déterminé la voie à suivre pour réduire la consommation d'énergie, pouvez-vous utiliser ces économies pour augmenter la production de l'usine (produire des volumes plus importants avec la même consommation de kWh) ou pour d'autres stratégies commerciales (marges bénéficiaires, réalisation des prix) ?

Réduire la consommation d'énergie est tout simplement bon pour les affaires. En enregistrant la consommation de chaque système important et en comparant ces coûts aux factures d'énergie pour déterminer où et quand la consommation a lieu, les entreprises peuvent souvent réaliser des économies grâce à de simples ajustements de leurs processus et de leurs horaires de travail. Les entreprises peuvent facilement identifier les équipements inefficaces et obsolètes et justifier et prioriser leur remplacement. En réduisant la consommation globale d'énergie, les entreprises réduisent leurs coûts d'exploitation et améliorent leur compétitivité sur le marché.

Conseils pour réduire les coûts

Adapter les processus d'entreprise pour tirer parti de :

• réduction des coûts énergétiques à certaines heures de la journée
• les heures auxquelles les machines peuvent être arrêtées
• des capteurs et des commandes qui permettent d'arrêter les systèmes lorsqu'ils n'ont pas besoin de fonctionner

Fixer les horaires de démarrage et d'arrêt des équipements d'infrastructure pendant les heures de travail et en dehors des heures de travail.

Démarrer les appareils à forte consommation d'énergie de manière échelonnée et à un intervalle d'au moins 15 minutes pour éviter les coûts liés aux pics de consommation.

Installez des variateurs de fréquence (VFD) sur les gros moteurs et remplacez les moteurs défectueux par des modèles à haut rendement.

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1. Dépannage du système PV

Vérifiez d'abord la sortie de l'ensemble du système au niveau du système de mesure ou de l'onduleur. Avant de commencer le dépannage, vérifiez et notez la tension d'entrée et le niveau de courant de l'onduleur du réseau. Il est probable que vous soyez confronté à l'un des deux scénarios suivants :

Tout ou partie du système photovoltaïque est en panne ou ne produit pas d'électricité ; cela peut être lié à un problème avec l'onduleur.
Ou bien le rendement du système photovoltaïque est inférieur aux prévisions ; cela peut être lié à un problème avec l'un des panneaux ou des modules.
Retracer le câblage de chaque branche à partir du concentrateur. Inspectez visuellement l'ensemble du système pour vérifier qu'il n'y a pas de dommages évidents ou de déconnexions involontaires. Une fois que vous avez trouvé le module ou le réseau défectueux, vérifiez tous les fils, les interrupteurs, les fusibles et les disjoncteurs. Remplacez les fusibles grillés et réinitialisez les disjoncteurs et les interrupteurs. Vérifiez que les fils ne sont pas cassés et que les connexions ne sont pas lâches ou sales ; remplacez-les et nettoyez-les si nécessaire. Vérifiez que les connexions entre les modules ne sont pas desserrées. Elles peuvent s'être détachées et provoquer un manque de contact.

La boîte de raccordement peut être un endroit idéal pour dépanner les problèmes du système, car elle renvoie les fils individuels des modules vers le système. Chaque module peut avoir un fusible que vous devez vérifier avec votre Fluke 393 FC.

Des problèmes de câblage et des connexions desserrées peuvent également être à l'origine d'une tension trop faible dans un module. Vérifiez toutes les connexions du câblage. Si la sortie d'un module est faible, cela peut signifier qu'une section de cellule unique est défectueuse. Le 393 FC permet de localiser ces éléments au niveau des boîtes de jonction jusqu'à ce que le coupable soit trouvé.

Le Fluke 393 FC émet un avertissement audio de polarité lorsque vous testez Voc. Si vous remarquez que la polarité est inversée, cela peut signifier que d'autres circuits de la boîte combinée sont connectés en série par inadvertance, ce qui entraîne des tensions supérieures à la tension d'entrée maximale de l'onduleur.

La saleté ou l'ombre sur les modules eux-mêmes peut entraîner une réduction du rendement. Bien que les modules soient généralement conçus pour ne pas nécessiter d'entretien pendant des années, ils peuvent avoir besoin d'être nettoyés. Le pollen et la poussière peuvent constituer un problème important dans certaines régions du pays.

2. Résolution des problèmes liés aux charges photovoltaïques

Le système PV est utilisé pour contrôler les charges électriques du bâtiment ; tout problème au niveau des charges affecte également le système. La première étape consiste à vérifier les interrupteurs de charge, les fusibles et les disjoncteurs à l'aide du Fluke 393 FC pour voir si la connexion de charge a la tension correcte. Ensuite, utilisez le 393 FC pour vérifier les fusibles et les disjoncteurs. Si vous trouvez des fusibles grillés ou des disjoncteurs déclenchés, recherchez la cause et réparez ou remplacez le composant défectueux. Si la charge est un moteur, il se peut qu'un disjoncteur thermique interne soit déclenché ou qu'il y ait un enroulement ouvert dans le moteur. À des fins de test, connectez une autre charge et vérifiez qu'elle fonctionne correctement.

Comme pour tout système électrique, vérifiez que les fils ne sont pas cassés et que les connexions ne sont pas lâches. Nettoyez toutes les connexions encrassées et remplacez tous les câbles défectueux. Si le courant est coupé, vérifier ensuite s'il y a des défauts de mise à la terre et les réparer. Si les fusibles ou les disjoncteurs sautent ou se déclenchent à nouveau, il y a un court-circuit que vous devez localiser et réparer.

Si la charge ne fonctionne toujours pas, utilisez le Fluke 393 FC pour vérifier la tension du système au niveau de la connexion de la charge. Il se peut que le calibre du câble soit trop petit et qu'il faille l'augmenter. Il se peut également que les fils allant vers les charges soient trop longs. Cela se traduit par une faible tension au niveau de la charge. Dans ce cas, réduisez la charge du circuit ou utilisez un fil plus gros.

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3. Dépannage des onduleurs photovoltaïques

Vous travaillez probablement avec des onduleurs tous les jours, et vous avez donc l'habitude de contrôler le courant alternatif et le courant continu. L'onduleur d'un système photovoltaïque peut également tomber en panne et causer des problèmes. L'onduleur convertit le courant continu du système photovoltaïque en courant alternatif pour une utilisation dans les bâtiments.

Si l'onduleur ne produit pas la sortie correcte, vérifiez et notez d'abord la tension d'entrée CC et le niveau de courant de l'onduleur. Du côté CA, utilisez le Fluke 393 FC pour vérifier la tension de sortie et le niveau de courant de l'onduleur. De nombreux appareils sont dotés d'un écran qui affiche les performances de l'onduleur actuel et du système. Le 393 FC produisant une lecture efficace, vous pouvez utiliser la tension et le courant pour mesurer et enregistrer la puissance en kilowatts (kW). Si possible, utilisez l'écran de l'onduleur pour afficher le total actuel des kilowattheures (kWh). Vous pouvez ensuite noter cette valeur et la comparer à la valeur enregistrée lors de la dernière inspection. Côté courant continu, vous pouvez utiliser le 393 FC pour vérifier l'alimentation en courant continu et enregistrer la valeur dans l'appli Fluke Connect™ sur votre téléphone.

Si l'onduleur ne produit pas la bonne quantité de courant, il peut y avoir plusieurs problèmes, que vous pouvez tous facilement vérifier avec le Fluke 393 FC :

• Fusible grillé
• Disjoncteur activé
• Fils cassés

Utiliser le Fluke 393 FC pour mesurer la sortie CA de l'onduleur ; la charge de l'onduleur peut avoir une demande de courant excessive. Le double affichage de la tension et de la fréquence CA permet de déterminer si la sortie CA de l'onduleur fonctionne correctement.

L'onduleur peut être connecté au réseau local. Le courant alternatif de l'onduleur fluctue en fonction de l'apport solaire sur le panneau solaire. L'onduleur maintient la tension de sortie et la phase correctes pour le réseau. Les problèmes de tension peuvent entraîner l'arrêt de l'onduleur. Dans ce cas, contactez la compagnie d'électricité pour faire réparer l'onduleur.

4. Dépannage des boîtes combinées

Lors du dépannage des combinateurs, les mesures et les calculs de l'intensité du courant sont essentiels pour déterminer si les panneaux photovoltaïques fonctionnent correctement. La mesure du courant sur des panneaux individuels ou la combinaison des mesures de courant permet de déterminer si une cellule ne fonctionne pas correctement.

La conception de la mâchoire plus fine de la pince de courant Fluke 393 FC vous permet d'introduire plusieurs conducteurs dans la mâchoire pour effectuer des mesures de courant combinées, même dans des espaces restreints ou encombrés tels que les onduleurs ou les boîtes de raccordement.

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Exemples d'exigences selon la classe A

L'incertitude de mesure de la tension d'alimentation est fixée à 0,1% de la tension d'entrée spécifiée Udin sur la plage de 10% à 150% de Udin. Il est important de noter que, dans de nombreux cas, la précision n'est spécifiée qu'à pleine échelle et que, si la précision de 0,1% est relativement facile à atteindre, elle est plus difficile à obtenir sur cette large plage.

En outre, l'exigence stipule que les mesures doivent être ‘continues et non chevauchantes’ sur un cycle de 10/12 pour un système électrique de 50/60 Hz. Il est important de prêter attention à ce point lors de l'examen des spécifications de l'installation, car les unités présentant un degré élevé d'incertitude de mesure peuvent donner lieu à des résultats susceptibles d'être contestés par l'entreprise de distribution d'électricité ou son client.

Par exemple, les systèmes de mesure de la qualité de l'alimentation secteur bon marché présentent souvent des niveaux d'incertitude plus élevés lorsqu'ils mesurent le bas de l'échelle (exemple : mesure sur un transformateur de potentiel dont la tension phase-neutre est de 58 volts). En outre, des variations peuvent également passer inaperçues si les mesures ne sont pas effectuées de manière contiguë. Ces erreurs peuvent conduire à ce qu'un équipement défectueux soit considéré comme fonctionnant correctement alors qu'il ne le fait pas. Avec un instrument certifié de classe A, un technicien peut être assuré que les mesures ont été classées avec des valeurs d'incertitude acceptées au niveau international. Cela est particulièrement important pour vérifier la conformité aux réglementations ou pour comparer les résultats entre différents instruments ou lots. Les exigences en matière d'essais fonctionnels et d'incertitude pour les équipements de classe A sont détaillées dans la norme CEI 62586-2.

Fluctuations et interruptions de la tension doit être mesurée sur un cycle complet et doit être mise à jour tous les demi-cycles afin que l'instrument puisse combiner la haute résolution des points de données échantillonnés sur un demi-cycle avec la précision des calculs de la valeur efficace sur un cycle complet. Si l'on se fie uniquement aux calculs sur un cycle complet, on risque d'identifier à tort des conditions valables, tandis que si l'on se contente de calculs sur un demi-cycle, on risque de ne pas obtenir la précision nécessaire pour comprendre pleinement les problèmes éventuels.

Périodes de collecte sont des données de mesure comprimées par un instrument de mesure de la qualité de l'alimentation secteur à des intervalles spécifiés. Un instrument de classe A doit afficher les données dans les périodes de collecte suivantes :

• L'intervalle de temps standard de la mesure devrait être un cycle de 10/12 (~200 msec) à 50/60 Hz. La durée de l'intervalle varie en fonction de la fréquence réelle.
• 150/180 cycles (~3 sec) à 50/60 Hz. La durée de l'intervalle varie en fonction de la fréquence réelle.
• Intervalle de 10 minutes synchronisé avec le temps universel coordonné (UTC)
• Intervalle de 2 heures pour le scintillement de la Plt

Synchronisation horaire externe est nécessaire pour obtenir des horodatages précis, permettant une corrélation exacte des données entre différents instruments. La précision est spécifiée à ± 20 ms pour les instruments à 50 Hz et à ± 16,7 ms pour les instruments à 60 Hz, quel que soit l'intervalle de temps total. Pour atteindre cette précision, il faut soit une horloge GPS via un récepteur GPS, soit un protocole NTP (Network Time Protocol) via Ethernet. Lorsque la synchronisation par un signal externe n'est plus disponible, la tolérance de synchronisation doit être meilleure que ± 1 s par période de 24 heures. Toutefois, cette tolérance plus large ne confirme pas que les mesures sont conformes à la classe A. L'absence d'horodatage précis dans les instruments de mesure de la qualité de l'alimentation secteur bon marché peut rendre extrêmement difficile le dépannage précis des problèmes de qualité de l'alimentation secteur. Il peut en résulter une incapacité à identifier correctement la distribution des événements de tension sur le réseau lors de l'utilisation de plusieurs instruments.

L'algorithme FFT pour les harmoniques est définie avec précision afin que tous les instruments de classe A obtiennent les mêmes valeurs d'harmoniques. La méthode FFT fournit des algorithmes infinis qui peuvent aboutir à des valeurs d'harmoniques très différentes, si elle n'est pas réglementée. La classe A exige que les harmoniques soient mesurées avec le même cycle 10/20 que les mesures RMS, conformément à la norme de classe I IEC 61000-4-7/2008, en utilisant une méthode de mesure continue du sous-groupe d'harmoniques. La norme CEI 6100-4-7 décrit plusieurs méthodes et algorithmes de mesure des harmoniques, mais la norme CEI 61000-4-30 mentionne spécifiquement la méthode du sous-groupe de la classe I.

Toutes ces exigences de classe A jouent un rôle important dans la fourniture de données précises, fiables et comparables aux utilisateurs, ce qui permet en fin de compte d'améliorer l'analyse et le dépannage des problèmes de qualité de l'alimentation secteur. Avec des instruments qui ne sont pas conformes à la classe A, les résultats mesurés ne peuvent pas être facilement comparés.

À l'inverse, les instruments de classe A sont cohérents et comparables, ce qui permet aux techniciens de travailler avec la confiance nécessaire pour analyser avec précision les problèmes de qualité de l'énergie du réseau, même les plus complexes. Pour les fournisseurs comme pour les grands consommateurs d'énergie, il est important de pouvoir contrôler la qualité du réseau électrique entrant et d'identifier si un problème de qualité du réseau électrique est causé à l'intérieur ou à l'extérieur des locaux du consommateur d'énergie.

Seuls les instruments spécifiquement conçus pour le dépannage, l'enregistrement et l'analyse des paramètres de l'alimentation secteur peuvent fournir des informations détaillées permettant de localiser une source de défaut et de diagnostiquer correctement le problème. En outre, les mesures effectuées avec des instruments conformes à la classe A peuvent être utilisées dans le cadre de litiges juridiques ou contractuels. Il est donc important de choisir un instrument qui réponde à ces exigences.

Enregistreurs de qualité d'énergie triphasée Fluke 1770
Enregistreurs de qualité d'énergie triphasée Fluke 1738
Enregistreurs de qualité d'énergie triphasée Fluke 1736

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Quel est le facteur de puissance idéal ?

Un faible facteur de puissance signifie que vous n'utilisez pas efficacement l'énergie que vous payez. Les facteurs de puissance inférieurs nécessitent une plus grande puissance apparente (kVA) pour produire une puissance utile (kW). Un facteur de puissance élevé est préférable à un facteur de puissance faible, car il signifie que vous utilisez l'énergie de manière plus efficace. Un objectif général pour le facteur de puissance est de 95%. Renseignez-vous auprès de votre compagnie d'électricité pour connaître le seuil qu'elle utilise. De nombreuses compagnies d'électricité facturent les clients dont le facteur de puissance est faible.

Mesurer et gérer la consommation d'énergie

Par le mesurer l'énergie et la qualité de l'électricité, Grâce à cette formation, vous connaîtrez le rythme de votre installation et apprendrez à la faire fonctionner de manière régulière et efficace. La gestion stratégique de la puissance est un moyen important de réduire votre consommation d'énergie et votre facture énergétique. L'une des raisons d'améliorer votre facteur de puissance est de réduire, voire d'éliminer, les amendes et les surtaxes de votre compagnie d'électricité.

Pour ce faire, vous devez savoir où va votre énergie chaque mois. Tout d'abord, vous devez mesurer et enregistrer les données énergétiques de votre équipement et de vos systèmes. Le type d'instrument dont vous avez besoin pour ce faire dépend de votre installation et de vos besoins. Un outil multifonctionnel peut calculer les pertes d'énergie et enregistrer des formes d'ondes triphasées de tension et de courant à haute résolution, tandis qu'un autre instrument peut fournir des données directes sur la qualité de l'alimentation du réseau. Il est important de connaître le niveau d'harmoniques dans votre alimentation. Une mesure de la distorsion harmonique totale (THD) peut vous aider à déterminer si un filtrage est nécessaire. N'oubliez pas qu'une compagnie d'électricité ne peut agir que sur la qualité de la tension. Elle ne peut qu'exiger le raccordement de charges approuvées et n'est pas responsable du courant circulant à la suite de l'installation du client.

Les étapes d'un meilleur facteur de puissance

L'inductance du moteur et les courants harmoniques sont deux facteurs courants qui contribuent à un mauvais facteur de puissance. Pour améliorer le facteur de puissance, il faut en déterminer la cause première.

Lorsqu'il s'agit de courant inductif, l'ajout de condensateurs de correction du facteur de puissance (dispositifs de stockage d'énergie) au système de distribution d'électricité de votre usine est une solution couramment utilisée. Les condensateurs de correction du facteur de puissance doivent être inspectés régulièrement et faire l'objet d'une maintenance préventive recommandée, mais dans des conditions normales, ils fonctionneront sans problème pendant des années.

Si les harmoniques sont à l'origine du faible facteur de puissance, un filtrage passif LC économique (inductance-capacité) est la solution.

Pour les situations plus complexes, un filtrage actif est nécessaire. Ce type de filtrage compense les courants réactifs, les courants harmoniques et les courants déséquilibrés.

Une erreur courante consiste à utiliser des condensateurs pour limiter les courants harmoniques. Un condensateur se comporte comme un court-circuit pour les harmoniques supérieures. En raison de la résistance interne, le condensateur s'échauffe et sa durée de vie est considérablement réduite du fait de l'évaporation de l'électrolyte interne.

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Conseils visuels

Dans un coin, une grande machine médicale effectuait une procédure de test critique. La machine était équipée d'un grand écran, d'un clavier et d'un panneau de commande, ainsi que d'un certain nombre de câbles et de tuyaux menant à d'autres équipements. L'écran de contrôle affichait que la procédure de test était ”en cours”.

À côté d'une machine se trouve un établi destiné à la réparation de circuits imprimés. Sur l'établi se trouvaient un fer à souder, une loupe éclairante et un ventilateur. La prise de courant de l'établi était branchée sur la même prise que la grande machine médicale. Mike a vu la personne à l'établi tendre la main et allumer le ventilateur. À ce moment-là, l'écran de contrôle de l'appareil médical s'est éteint pendant un moment, puis s'est rallumé avec les mots ”Programme reset” affichés en grosses lettres.

Mesurer et évaluer

Mike a mesuré la tension au niveau de la prise qui alimente les deux charges. Il a mesuré la tension à la prise qui alimente les deux charges. Fluke 87 V Le multimètre industriel a mesuré 115 V. Le gestionnaire du bâtiment a répété la mesure avec son Fluke 27 II Multimètre numérique robuste, qui affiche 118 V. Pourquoi cette différence ?

Le Fluke 87 V fournit des mesures True-RMS qui donnent des résultats corrects mais inférieurs à ceux des instruments de milieu de gamme, tels que le Fluke 27 II, sur des ondes carrées ou des formes d'ondes ressemblant à des ondes carrées. Mike a fermé son Fluke 120B Le ScopeMeter industriel s'est allumé et a affiché la forme d'onde de la tension. L'affichage montre que la forme d'onde est fortement tronquée en haut, ce qui la fait ressembler davantage à une onde carrée qu'à une onde sinusoïdale. La valeur de crête ne mesurait que 135 V, au lieu des 162 V attendus.

Mike a dessiné un schéma unifilaire du système. Ce schéma montre que le transformateur qui alimente la zone de test se trouve de l'autre côté du bâtiment, à environ 150 mètres. La plupart des charges de ce transformateur n'étaient pas linéaires et atteignaient des courants de pointe élevés au moment où la tension atteignait son maximum. La combinaison de courants de pointe élevés et d'une forte impédance due à la longue distance a provoqué de fortes chutes de tension à l'extrémité du circuit, à l'endroit même où se trouvait la zone d'essai.

Théorie et analyse

Étant donné que les circuits internes de la machine médicale fonctionnaient sur une faible tension continue, l'alimentation interne devait avoir un circuit d'entrée diode/condensateur qui nécessitait une tension de crête minimale pour fonctionner correctement. La plaque signalétique de la machine médicale indiquait que la machine nécessitait une tension d'alimentation comprise entre 100 et 135 V rms AC. Les ingénieurs qui ont conçu la machine et spécifié la plaque signalétique ont supposé que la tension d'alimentation serait une onde sinusoïdale, de sorte que la tension de crête minimale serait de 141 V crête (100 x 1,41). La valeur mesurée de la tension de crête n'étant que de 135 V, la machine fonctionnait à une tension de crête déjà inférieure de 6 V au minimum absolu requis. Lorsque le ventilateur a été mis en marche, le courant de crête alimenté par le moteur du ventilateur a réduit la tension à un point tel que l'alimentation électrique de la machine n'était plus normale. La machine s'est alors réinitialisée.

Solution

Le problème de l'écrêtage des pointes de tension (flat topping) est courant dans les bâtiments de haute technologie. De nombreux bâtiments utilisés aujourd'hui n'ont pas été conçus pour faire face à l'énorme quantité de charges informatiques et non linéaires qui sont si courantes aujourd'hui.

Dans ce cas, il serait nécessaire de tout recâbler en profondeur pour réduire la chute de tension entre le transformateur et la charge. Une autre solution consisterait à placer les charges les plus sensibles plus près du transformateur.

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1. Sécurité de l'installation

Les électriciens doivent souvent effectuer une analyse de la charge avant de pouvoir ajouter de nouvelles charges à un panneau existant. Pourquoi ? Ces exigences sont fixées par l'inspecteur en électricité, l'ingénieur en électricité qui a conçu le projet ou le client qui ajoute les nouvelles charges. L'objectif est de déterminer si la capacité est suffisante pour ajouter de nouvelles charges.

Dans une analyse de charge, un enregistreur de puissance utilisé pour documenter les niveaux de charge existants (consommation de courant triphasé) sur de longues périodes. C'est là que la sécurité entre en jeu. D'une part, l'analyse de la charge peut être utilisée pour garantir la conformité avec les réglementations locales en matière de sécurité. D'autre part, le fait de ne pas effectuer d'analyse de charge avant d'ajouter de nouvelles charges peut entraîner la surcharge d'une source électrique existante ou la création de situations électriques dangereuses et peu fiables.

2. Gérer les coûts énergétiques et réaliser des économies

Les coûts énergétiques représentent une part importante des coûts opérationnels totaux, et pourtant, de nombreuses entreprises n'ont pas une bonne vue d'ensemble de l'utilisation de leur argent en matière d'énergie. Elles ne reçoivent qu'une facture mensuelle globale, sans savoir si la consommation est normale ou excessive pour les activités du mois en question.

En enregistrant la consommation d'énergie au niveau de l'entrée de service principale, puis au niveau des charges importantes et des alimentations secondaires, les installations peuvent se faire une idée de la quantité d'énergie consommée, à quel moment, par qui et à quel taux horaire. Les données révèlent toujours un gaspillage d'énergie qui peut être corrigé par des changements dans les opérations. Par exemple, on peut envisager d'éteindre certaines charges, de réduire les charges pendant les périodes où les tarifs sont élevés, ou d'ajuster le programme de manière à ce que les charges soient opérationnelles pendant les périodes où les tarifs sont bas.

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3. Exactitude des factures d'électricité

Les propriétaires de grandes et moyennes installations installent souvent des sous-compteurs afin de pouvoir facturer aux locataires leur consommation spécifique d'électricité. Cependant, ces compteurs sont généralement mal installés, ce qui entraîne un manque de fiabilité des données. Les problèmes d'installation vont des onduleurs mal placés et des onduleurs sur la mauvaise phase aux erreurs de configuration des compteurs divisionnaires.

Une bonne pratique consiste à vérifier la valeur mesurée à l'aide d'un enregistreur d'énergie portable. Les données de l'enregistreur permettent de comparer, par ordre de grandeur, ce qui est facturé et ce qui est consommé. Une différence significative entre la consommation d'énergie facturée et les données de l'enregistreur indique que le réglage du compteur divisionnaire doit être examiné.

4. Remises et incitations financières

Les services publics offrent des primes et des remises pour encourager leurs clients à réduire leur consommation d'énergie. L'objectif est de desservir davantage de clients avec le même approvisionnement en énergie, car la construction de nouvelles centrales électriques n'est pas envisageable. De nombreuses primes et remises visent à rénover les bâtiments existants, en les équipant d'un éclairage économe en énergie et de moteurs à haut rendement, par exemple, ou en remplaçant les démarreurs de moteurs par des variateurs de fréquence.

Pour accorder la prime d'incitation financière, la compagnie d'électricité doit d'abord apporter la preuve des économies d'énergie réalisées - et pour cela, une analyse de la charge est idéale. Une analyse de la charge effectuée avant une rénovation identifie la consommation d'énergie actuelle à titre de référence, tandis qu'une analyse de la charge après une rénovation confirme les économies d'énergie réalisées grâce à la rénovation.

5. Détecter les problèmes de qualité du réseau électrique

Souvent, la seule façon de résoudre un problème est d'enregistrer et d'analyser des données sur une longue période. Pour ces problèmes plus complexes, les enregistreurs d'énergie sont d'une valeur inestimable, et ils sont beaucoup plus abordables et plus faciles à utiliser qu'un système compliqué d'enregistrement de données. Analyseur de puissance.

Un bon exemple est le déclenchement aléatoire d'un disjoncteur. Des situations évidentes, telles que le démarrage d'un moteur lourd, n'en sont pas toujours la cause. En réalité, la cause du déclenchement peut être quelque chose qui ne semble pas évident ou qui ne se produit que lorsque les techniciens ne sont pas présents pour le remarquer (par exemple, la nuit). Il n'est pas pratique de demander à un technicien de maintenance de surveiller la charge jusqu'à ce que le disjoncteur se déclenche. La connexion d'un enregistreur d'énergie au côté charge du disjoncteur pour enregistrer la consommation de courant pendant une période prolongée peut alors aider à résoudre le problème.

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Considérations avancées sur la qualité de l'énergie

Lorsque l'énergie circule, une partie de l'énergie générée est inévitablement perdue sous forme de chaleur.

L'étape suivante pour réduire votre consommation d'énergie consiste à identifier les sources de gaspillage. Les pertes dans les conducteurs sont l'une des sources de préoccupation. Lorsque le courant circule dans les conducteurs, une partie de l'énergie générée est perdue sous forme de chaleur. Pour résoudre ce problème, il faut appliquer l'équation fondamentale I2R en indiquant le courant fourni. Deux solutions sont possibles : diminuer le courant (I) pour obtenir moins de kW ou diminuer la résistance (R). Ces deux solutions posent un problème :

• À un courant plus faible (I), la charge ne fonctionne pas correctement.
• La réduction de la résistance (R) peut coûter plus cher, car il faut installer des conducteurs en cuivre ou en aluminium.

Quelle est donc la meilleure solution ?

Tenez compte de la taille du conducteur. Dans le code électrique national (NFPA 70 ou NEC 100), vous trouverez de nombreux conseils sur la taille d'un conducteur et la taille idéale du conducteur est décrite pour presque toutes les circonstances. La principale considération concernant la taille des conducteurs est d'assurer leur sécurité de fonctionnement avec l'isolation la plus appropriée. La longueur, la surface de la section et le courant nominal attendu sont déterminants à cet égard. Cela garantira des pertes d'énergie minimales, typiquement 2% ou moins, et une chute de tension acceptable dans le conducteur. Une autre option consiste à installer des charges plus efficaces. Vérifiez si les moteurs ne sont pas surdimensionnés pour l'application actuelle.

Déchets énergétiques

Ces codes et lignes directrices sont utiles pour les nouveaux travaux, mais une fois le câblage en place et les charges installées, le résultat n'est pas toujours optimal. Au fil du temps, les équipements peuvent changer en raison d'ajouts, de modifications, de déménagements et de l'âge. Cela peut avoir un effet majeur sur le gaspillage d'énergie. Les principaux domaines où le gaspillage d'énergie peut se produire sont liés à la qualité de l'alimentation secteur : régulation de la tension, harmoniques, facteur de puissance et charges asymétriques.

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Régulation de la tension

La régulation de la tension vise à réduire la consommation d'énergie dans les charges qui dépendent de la tension. Pour ce faire, elle réduit ou régule les niveaux de tension en respectant les spécifications du fabricant de l'équipement afin de réaliser des économies d'énergie. Lorsque des charges plus efficaces sont installées sur un transformateur, la tension dans le système peut augmenter ou être mal régulée.

Utiliser un Fluke 1777 Analyseur de qualité d'énergie pour identifier les problèmes de régulation de la tension et détecter les tensions transitoires et les déséquilibres de tension. Ces deux problèmes peuvent entraîner des pannes, des temps d'arrêt imprévus et des réparations coûteuses.

LES HARMONIQUES

Les harmoniques déforment la tension et le courant de sorte que l'onde sinusoïdale idéale pour la tension n'est pas respectée. L'un des effets les plus connus des harmoniques dans les systèmes électriques est la chaleur excessive qu'elles provoquent dans les conducteurs. Il en résulte une surchauffe des conducteurs de phase et de neutre, connue sous le nom de ‘triple harmonique’.’

La chaleur supplémentaire provoque des problèmes au niveau du câblage, des enroulements du moteur et des transformateurs. La surchauffe peut provoquer des dommages importants ou une défaillance catastrophique, entraînant des temps d'arrêt imprévus et des réparations coûteuses. Pour mesurer et diagnostiquer les harmoniques, utilisez unAnalyseur de qualité d'énergie triphasé Fluke 1770.

Avantages de l'analyse de la qualité de l'énergie

Si, après des analyses de la qualité de l'énergie, il apparaît que de l'énergie est gaspillée, vous pouvez prendre des mesures pour résoudre les problèmes :

1. Effectuez régulièrement des opérations de maintenance préventive afin de pouvoir continuer à mesurer votre niveau de référence et de résoudre les problèmes dès qu'ils se présentent.
2. Installez des filtres harmoniques sur les charges qui augmentent la distorsion harmonique de votre installation.
3. S'attaquer aux causes du déséquilibre. Cela peut signifier l'établissement d'un calendrier de réparation ou de remplacement des gros moteurs qui présentent des problèmes de déséquilibre mécanique.
4. Limiter les problèmes causés par les charges asymétriques. Dans certains cas, cela peut signifier qu'il faut ajuster les charges monophasées pour les répartir plus uniformément entre les phases.
5. Remplacer les fusibles grillés si nécessaire. Un fusible grillé sur un groupe de condensateurs d'amélioration du facteur de puissance triphasé peut également être à l'origine du problème ; le remplacement du fusible peut résoudre un déséquilibre important.

Les analyses de la qualité du réseau électrique montrent ce qui peut être fait pour économiser de l'énergie, réduire les pertes d'énergie dues à des problèmes dans une installation et réduire les coûts énergétiques. Le contrôle de la qualité de l'alimentation secteur peut permettre de comprendre la cause des problèmes et la manière de les résoudre.

Les analyses de la qualité du réseau électrique offrent d'autres avantages que les économies d'énergie :

• Découverte de faiblesses potentielles dans les actifs qui pourraient causer une perturbation majeure
• Découverte de défaillances de l'équipement susceptibles d'entraîner une aggravation des problèmes
• Découverte de disjoncteurs mal installés et susceptibles de se déclencher par inadvertance

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