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Puissances, Énergies, Perturbations – 1 PUISSANCES PUISSANCES ÉNERGIES ÉNERGIES PERTURBATIONS PERTURBATIONS

Puissances, Énergies, Perturbations – 1 PUISSANCESÉNERGIESPERTURBATIONS

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Puissances, Énergies, Perturbations – 1

PUISSANCESPUISSANCESÉNERGIESÉNERGIES

PERTURBATIONSPERTURBATIONS

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Puissances, Énergies, Perturbations – 2

LES CHARGES LINEAIRESLES CHARGES LINEAIRES

Hier, la majorité des charges utilisées sur le réseau électrique étaientdes charges dites LINÉAIRES : charges appelant un courant de forme identique à la tension, c’est à dire quasi sinusoïdal comme les convecteurs électriques ou encore les lampes à incandescences.

HIER

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Puissances, Énergies, Perturbations – 3

LES CHARGES DEFORMANTESLES CHARGES DEFORMANTES

Les récepteurs présents déforment les signaux électriques du courant et de la tension.

Les récepteurs présents déforment les signaux électriques du courant et de la tension.

AUJOURD’HUI

Les signaux analysés s’éloignent de l’allure sinusoïdale de départ.

Les signaux analysés s’éloignent de l’allure sinusoïdale de départ.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 4

LE SPECTRE HARMONIQUELE SPECTRE HARMONIQUE

Un signal déformé est la somme des signaux sinusoïdaux, d'amplitudes, de fréquences et multiples de la fréquence du signal fondamentale.

Un signal déformé est la somme des signaux sinusoïdaux, d'amplitudes, de fréquences et multiples de la fréquence du signal fondamentale.

.

.

Fond

Harmo

f

frang

Décomposition harmonique d’un signal déformé.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 5

LE SPECTRE HARMONIQUE (suite)LE SPECTRE HARMONIQUE (suite)

Types de charge Appareils concernés Courant absorbé Spectre harmoniquecorrespondant

Récepteur résistif

- Fours industriels à résistances régulées par commande à trains d’ondes- Lampe à incandescence, convecteurs, chauffe-eau.

Eclairage

- Tubes fluorescents,

- Lampes à vapeur HP.

Redresseur monophasé à diodes avec filtrage

Alimentation à découpage

- Micro-informatique,

- Télévisions,

- Lampes à ballast électronique.

Récepteurs consommentde l'énergie réactive

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Puissances, Énergies, Perturbations – 6

R ed resse u r tr ip h a sé à d io d es a v ec f iltra g e

- V aria tio n d e v ite sse d es m o te u rs a syn ch ro ne s.

G ra d a teu r m o n o p h a sé (co m m a n d e p a r a n g le d e p h a se )

- R é g u la tio n d e p u issa nce d e fo u rs à ré sis ta nces,

- M o d u la tio n d e p u issa nce d es la m p es ha lo gène s.

R ed resse u r tr ip h a sé à th y r isto rs

- V aria tio n d e v ite sse d es m o te u rs à co u ran t co n tin u e t d es m o te u rs sync h ro ne s,- E lec tro lyse u rs .

M o teu r a sy n ch ro n e - M ach ine s o u tils ,

- A p p are ils é lec tro m é na gers ,

- A sce nse u rs .

Types de charge Appareils concernés Courant absorbé Spectre harmoniquecorrespondant

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Puissances, Énergies, Perturbations – 7

LA PROBLÉMATIQUELA PROBLÉMATIQUE

Conclusion :

Cette tension déformée est commune à tous les autres récepteurs du réseau. Elle est préjudiciable au bon fonctionnement de l'ensemble des récepteurs raccordés sur ce réseau.

Conclusion :

Cette tension déformée est commune à tous les autres récepteurs du réseau. Elle est préjudiciable au bon fonctionnement de l'ensemble des récepteurs raccordés sur ce réseau.

Présence de chargesdéformantes Courant déformé

Courantdéformé x Impédance interne

des générateursTensions

harmoniques=

Tensionsharmoniques = Tension non sinusoïdale

=

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Puissances, Énergies, Perturbations – 8

EFFETS DES HARMONIQUESEFFETS DES HARMONIQUES

Effets immédiats Pertes par effet Joule

Dégradation du facteur de puissance Réduction de la puissance des moteurs Surcharges des câbles , transformateurs et moteurs Disjonctions intempestives Augmentation du bruit dans les moteurs Surdimensionnement de certains composants : conducteur du neutre, d'alimentation, batteries de condensateurs

Réduction de la durée de vie des moteurs Réduction de la durée de vie des transformateurs Vieillissement accéléré des isolants et des diélectriques

Effets à moyen et long terme

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Puissances, Énergies, Perturbations – 9

COSCOS φ φ ET FACTEUR DE PUISSANCEET FACTEUR DE PUISSANCE

Le cosinus φ est le déphasage entre la fondamentale "Tension" etla fondamentale "Courant" dans le cas de signaux non déformés.Le cosinus φ est le déphasage entre la fondamentale "Tension" etla fondamentale "Courant" dans le cas de signaux non déformés.

Puissance active :

P = U x I x cos φ

²² QPS

Puissance apparente :

= U x I

S

PFp = cos φ

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Puissances, Énergies, Perturbations – 10

S

PFp

²²² DQP

P

S

PFp

La charge non linéaire, lorsqu’elle est soumise

à une tension sinusoïdale, absorbe un courant dit "déformé" : il n’y a plus proportionnalité entre courant et tension.

On intègre dans cette formule la puissance dite DÉFORMANTEDÉFORMANTE qui traduit les effets de la distorsion harmonique.

COSCOS φ φ ET FACTEUR DE PUISSANCE (suite)ET FACTEUR DE PUISSANCE (suite)

Le cosinus φ n’est plus applicable, on parle alors de : FACTEUR DE PUISSANCEFACTEUR DE PUISSANCE

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Puissances, Énergies, Perturbations – 11

VOUS AVEZ DIT ENERGIE REACTIVE !VOUS AVEZ DIT ENERGIE REACTIVE !

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Puissances, Énergies, Perturbations – 12

INTÉRÊT DU RELEVEMENT DUINTÉRÊT DU RELEVEMENT DU FACTEUR DE PUISSANCEFACTEUR DE PUISSANCE

Une réduction de la chute de tension de ligne

La compensation d’énergie réactive apporte :

Un allègement de la facturation pour l’abonné

Une augmentation de la puissance disponible sur l’installation

Une diminution des pertes

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Puissances, Énergies, Perturbations – 13

QUE FAIRE ?QUE FAIRE ?

Compenser l'installation grâce à l'adjonction de batteries de condensateurs

Formule : Qc = P ( tan - tan ')

' S

S'

Pactive

Q'

Qc

Q

Réduire le taux d’harmoniques

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Puissances, Énergies, Perturbations – 14

PRINCIPAUX PHENOMENESPRINCIPAUX PHENOMENES

Les phénomènes de résonance proviennent de la présence d’éléments capacitifs et réactifs sur le réseau d’alimentation électrique (ligne, transformateur, capacité de relèvement de facteur de puissance)

Les risques : Destruction des condensateurs de compensation d’énergie réactiveLes risques : Destruction des condensateurs de compensation d’énergie réactive

Les phénomènes de résonance

Ils génèrent des amplitudes élevées sur certains rangs harmoniques (rangs 5 et 7 par exemple).

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Puissances, Énergies, Perturbations – 15

Les échauffements dans les conducteurs et équipements électriques

Les conducteurs électriques véhiculent les courants harmoniques qui produisent, par effet Joule, un échauffement des conducteurs au même titre que le courant fondamental. Malheureusement, les harmoniques ne contribuant pas au transfert de la puissance active, ils créent uniquement des pertes électriques et participent à la dégradation du facteur de puissance de l’installation.

Les condensateurs sont particulièrement sensibles à la circulation des courants harmoniques du fait que leur impédance décroît proportionnellement au rang des harmoniques en présence dans le signal déformé.

Les condensateurs sont particulièrement sensibles à la circulation des courants harmoniques du fait que leur impédance décroît proportionnellement au rang des harmoniques en présence dans le signal déformé.

G C Z

Source

Compensation del'énergie réactive

charge nonlinéaire

B B'

A A'Is

Ic

Iz

Exemple :

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Puissances, Énergies, Perturbations – 16

Des déclenchements intempestifs des dispositifs magnétiques des disjoncteurs peuvent se produire, notamment dans le domaine des installations tertiaires comprenant un parc de matériel informatique important. Ils sont bien souvent dus aux problèmes de pollution harmonique.

Les facteurs de crêtes élevés

Les disjoncteurs assurant la protection des installations électriques comprenant des matériels informatiques voient leur seuil de sensibilité atteint lors des pointes de courant engendrés par des signaux déformés ayant des facteurs de crête importants.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 17

Les courants harmoniques de rang 3, le fondamental x 3, soit 150 Hz, à partir des 3 phases vont s’additionner, ceux-ci étant en phase. Ils donnent naissance dans le conducteur du neutre à la circulation d’un courant.

I Neutre = 3 fois I Harmoniques 3I Neutre = 3 fois I Harmoniques 3

Les effets dans le conducteur du Neutre

Remarque : De nombreux incendies de bâtiments industriels sont dus à l'échauffement excessif du conducteur du Neutre.Remarque : De nombreux incendies de bâtiments industriels sont dus à l'échauffement excessif du conducteur du Neutre.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 18

AS

PE

CT

NO

RM

AT

IF

Rang de l'harmonique Taux en %

3579

11131517

19 (1)21 (2)

565

1,53,53

0,32

1,50,2

Dans le cadre de la fourniture d'électricité, les taux de tensions harmoniques ne doivent pas dépasser les valeurs précisées dans le tableau suivant. Ces valeurs représentent des taux individuels calculés par rapport au fondamental à 50 Hz, sachant que le taux global d'harmonique en tension ne doit pas dépasser 8 % dans une installation de distribution basse tension. Les valeurs de taux d'harmonique individuel sont données dans le tableau ci-après.

- Niveau de compatibilité pour les tensions harmoniques individuelles

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Puissances, Énergies, Perturbations – 19

LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUESLES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES

Utilisation de transformateurs propre à chaque équipement - Une solution contre l'harmonique 3 et ses multiples de rangs impairs (9, 15, 21, 27,…) :

PrimaireCâblé en triangle

SecondaireCâblé en étoile

Cette solution est intéressante car elle permet l'élimination des rangs harmoniques les plus perturbateurs.Cette solution est intéressante car elle permet l'élimination des rangs harmoniques les plus perturbateurs.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 20

Filtres passifs Filtre résonnant, extrêmement efficace pour éliminer une harmonique de rang particulier "filtre passe-haut"

Filtre amorti, filtrage de toutes les fréquences inférieures au rang considéré "filtre passe-bas"

Mise en place de filtre(s) :

LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES (suite)LES REMEDES CONTRE LES HARMONIQUES (suite)

Filtres actifs Injecte des courants harmoniques équivalents mais en opposition de phase de ceux émis par les appareils.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 21

QUELS PARAMETRES QUELS PARAMETRES ALLONS NOUS MESURER ALLONS NOUS MESURER

POUR QUANTIFIERPOUR QUANTIFIERET QUALIFIER ET QUALIFIER

CES HARMONIQUES ?CES HARMONIQUES ?

QUELS PARAMETRES QUELS PARAMETRES ALLONS NOUS MESURER ALLONS NOUS MESURER

POUR QUANTIFIERPOUR QUANTIFIERET QUALIFIER ET QUALIFIER

CES HARMONIQUES ?CES HARMONIQUES ?

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Puissances, Énergies, Perturbations – 22

Les appareils numériques dit R.M.S réalisent la mesure efficace d’un signal ALTERNATIF quelque soit sa forme, sinusoïdal ou déformé

...² 27

25

23... IhIhIhlfondamentaII SMR

FORMULESFORMULES

Valeur RMS

Appareil RMSMême mesure :I = 16 AAppareil NON RMS

Mesure :I = 12 A

Courant mesuré

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Puissances, Énergies, Perturbations – 23

Facteur de CrêteFacteur de Crête

414,12I

IFC

efficace

Max

Charge linéaire : soit 1,414 Absence d'harmonique Matériel informatique : 2 à 3 Présence d'harmoniques Variateur de vitesse : environ 2 Présence d'harmoniques

2

Dans le cas d’une charge linéaire

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Puissances, Énergies, Perturbations – 24

Le taux distorsion harmonique global

Rapport de la valeur efficace de l’ensemble des courants harmoniques du signal sur la valeur efficace du même signal à la fréquence fondamentale

Le facteur de distorsion global

Rapport de la valeur efficace de l’ensemble des courants harmoniques du signal sur la valeur efficace du signal

2

222

1

...432

A

AAATHD

A ou V%

2

222 ...320

Aeff

AAADF

% A ou V

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Puissances, Énergies, Perturbations – 25

1A

Ann

%7512

9

1

3 A

An

Exemple pour l’harmonique 3 :

Détermination de la valeur efficace du rang d’harmonique considéré ainsi que de son pourcentage par rapport à la fondamentale

Le taux distorsion harmonique rang par rang

100 %

n1 3 5 7 9

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Puissances, Énergies, Perturbations – 26

Les différentes perturbations selon la EN 50160

Coupures

Creux de tension, surtensions

Fluctuations lentes

Fluctuations rapides

Déséquilibres

Fréquence

Harmoniques

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Puissances, Énergies, Perturbations – 27

Les différentes perturbations selon EN 50160 (suite)

Coupures brèves, longues et creux de tensions

Ici, la norme donne des valeurs indicatives

Coupures brèves de tension : En utilisation normale, il se produit de brèves coupures avecune fréquence variant de 10 à 100 événements par an. La durée reste en général inférieure à 1 seconde.

Coupures longues de tension : De durée supérieure à 3 min, ces événements sont considéréshors du domaine de validité de la norme et pour lesquelles il n’est pas possible de donner de valeurs indicatives. Origine : - Effets imprévisibles des intempéries et causes externes.

Creux de tension : Diminution de la tension en dessous de 90 % de Un. Le nombre de creux peut varier de 10 à 10000 durant une année. La plupart ont une durée inférieure à 1 seconde et un niveau le plus bas de 60 % de Un.Origine : - Appel de courant important sur le réseau, démarrage de récepteur forte puissance, défaut sur le réseau : court-circuit, défaut de terre, commutation de charge.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 28

Les SurtensionsOrigine : Foudre, fusion de fusible, enclenchementde condensateur, coupure de contacteur…

Surtensions transitoiresEntre Phase et Terre : - Les surtensions ne dépassent généralement pas 6 kV. - Le temps de montée peut varier de quelques microsecondes à plusieurs millisecondes

Les différentes perturbations selon EN 50160 (suite)

Surtensions temporaires : En Basse Tension : - la surtension peut atteindre la valeur de tension entre phase, à cause du déplacement du point de neutre du réseau triphasé.

En Moyenne Tension : - réseau neutre à la terre, raccordés directement ou avec impédance, la surtension ne devra pas dépasser 1.7 Uc- réseau à neutre isolé ou résonant, elle ne devra pas dépasser 2.0 Uc

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Puissances, Énergies, Perturbations – 29

Variations lentes

Origine : Élévation ou baisse de la valeur efficace de la tension (V) en raison d’une variation de charge sur le réseau

Les différentes perturbations selon EN 50160 (suite)

EN 50160 : 95 % des valeurs efficaces moyennées sur 10 minutes doivent se situer dans la plage définie de tension nominale Un +/- 10 %

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Puissances, Énergies, Perturbations – 30

Variations rapides "Flicker" EN 50160 : Variation rapide de tension, ne dépasse généralement pas 5% de Un.

Origine : Fonctionnement de certains appareils à charge fluctuante (soudeuse, four à arc), Mise en service de gros moteur avec courant d’appel élevé, Variations de charge dans les installations des clients ou de manœuvre sur le réseau.

Les différentes perturbations selon EN 50160 (suite)

EN 60868 : Sévérité du papillotement ou FlickerPour chaque période d’une semaine, le niveau de sévérité de longue durée du papillotement lié aux fluctuations de la tension, le Plt doit être inférieur ou égalà 1 pendant 95 % du temps.

Plt = Perturbation pendant un temps long - Pst = Perturbation pendant un temps court

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Puissances, Énergies, Perturbations – 31

Pour prendre en considération les mécanismes de la vision et établir une méthode représentative de la gêne, le Flicker doit être évalué sur une période de temps suffisamment représentative. De plus, en raison de la nature aléatoire du Flicker provoqué par certaines charges, il faut admettre que pendant cette période le niveau instantanée de Flicker peut varier considérablement et de façon imprévisible.Un intervalle de 10 Min a été jugé comme étant un bon compromis. Il est assez long pour éviter d’accorder trop d’importance à des variations isolées de tensions. Il est aussi assez long pour permettre à une personne non avertie de remarquer la perturbation et sa persistance, mais il est en même temps assez court pour permettre de caractériser de façon fine un matériel perturbateur avec un long cycle de fonctionnement.Les gênes sont détectées à partir d’un Pst égal à 1.

La période 10 min sur laquelle a été basée l’évaluation de la sévérité du Flicker de courte durée est valable pour l’estimation des perturbations causées par des sources individuelles telles que les laminoirs, pompes à chaleurs ou appareils électrodomestiques. Dans les cas ou l’effet combiné de plusieurs charges perturbantes fonctionnant de manière aléatoires (par exemple postes de soudure, moteurs) doit être pris en compte, ou quand il s’agit de sources de Flicker à cycle de fonctionnement long ou variable ( four électrique à arc ), il est nécessaire d’utiliser un critère pour évaluer la perturbation ainsi créée sur une longue durée.La sévérité du Flicker pendant un temps long, Plt, sera déduite des valeurs de la sévérité du Flicker pendant des temps courts, Pst, sur une durée appropriée liée au cycle de fonctionnement de la charge ou sur une période pendant laquelle un observateur peut être sensible au Flicker, par exemple quelques heures. Dans le C.A 8350, le temps est fixé à 120 min.

Flicker, quelques explications :

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Puissances, Énergies, Perturbations – 32

Variation de fréquence EN 50160 : La valeur moyenne de la fréquence fondamentale mesurée pendant 10 secondes sur des réseaux de distribution doit être comprise dans l’intervalle : 50 Hz ±1 % pendant 95 % d’une semaine.

Déséquilibre EN 50160 : Le déséquilibre est définit par l’écart de symétrie du système triphasé, caractérisé par l’égalité des modules de tension en valeur efficace et leurs déphasages relatifs. Pour chaque période d’une semaine, 95% des valeurs efficaces calculées sur 10 min de la composante inverse de la tension d’alimentation doit se situer entre 0 et 2% de la composante directe.

Les différentes perturbations selon EN 50160 (suite)

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Puissances, Énergies, Perturbations – 33

Les harmoniques et les inter-harmoniques

Origine: présence de charges non linéaires sur le réseau

EN 50160 : la valeur moyenne sur 10 min de la valeur efficace des harmoniques ne doit pas dépasser la valeur limite définie, pour chaque rang, en pourcentage de la tension nominale Un pendant 95% d’une semaine.

Les différentes perturbations selon EN 50160 (suite)

Exemple : H3:5%, H5:6%, H7:5%, H9:1.5%, H11:3.5%….)

Le taux global d’harmoniques (THD) ne doit pas excéder 8% de l’amplitude de la fondamentale.

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Puissances, Énergies, Perturbations – 34

COMMENT MESURER ?

Il existe 4 groupes de produits dans le domaine Il existe 4 groupes de produits dans le domaine de l’analyse d’énergie :de l’analyse d’énergie :

Groupe 1 : Appareils de diagnostic en monophasé

Groupe 2 : Appareils simplifiés de terrain pour l’analyse de 1er niveau en mono ou triphasé équilibré

Groupe 3 : Appareils de terrain d’enregistrement et d’analyse en T3FNE

Groupe 4 : Appareils complexes d’analyse de haut niveau

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Puissances, Énergies, Perturbations – 35

LES PINCES DE PUISSANCES

MX 240 MX 2040

LES ACCESSOIRES OPTIONNELS

ADP 1Sortie analogique

Courant

ADP 2Sortie analogique

CourantTension

PuissanceRésistance

ADP 3Sortie RS 232

Tout paramètres

SX-DCOMLe logiciel

de traitementde données

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Puissances, Énergies, Perturbations – 36

LES PUISSANCEMÈTRES

PX 110Monophasé

PX 120Monophasé

etTriphasé

HX 0011Commutateurde Wattmètre

HX 0012Transfo

Multirapport

Liaison RS 232optique

HX 0013Logiciel de

traitement de données

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Puissances, Énergies, Perturbations – 37

LES PINCES PUISSANCES ET HARMONIQUES

La pinceWattmétrique

F 27

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Puissances, Énergies, Perturbations – 38

L’ANALYSEUR DE PUISSANCES & D'HARMONIQUES

QUALISTARC.A 8334

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Puissances, Énergies, Perturbations – 39

MISE EN SITUATIONMISE EN SITUATIONDE QUELQUES DE QUELQUES

APPAREILSAPPAREILSDE MESURAGEDE MESURAGE

EN MILIEUEN MILIEU

INDUSTRIELINDUSTRIEL

MISE EN SITUATIONMISE EN SITUATIONDE QUELQUES DE QUELQUES

APPAREILSAPPAREILSDE MESURAGEDE MESURAGE

EN MILIEUEN MILIEU

INDUSTRIELINDUSTRIEL

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Puissances, Énergies, Perturbations – 40

L1

L3

L2

N

PE

Pince de terre C.A 6415 pour mesurer chaque mise à la terre

C.A 6541 / 43 / 45 / 47

Isolement entre conducteurs actifs(installation hors tensionet récepteurs débranchés)

(installation hors tension)

QualiStar - C.A 8334-MN Mesure de la qualité du réseau "harmoniques, puissance T4FNE, énergies, transitoires, FFT, Fresnel, variations de tension,..."

F27 : Pince de puissances (T3FE) et harmoniques

Fournisseurd'énergie

Moteur

+

-

L A M E S U R E I N D U S T R I E L L E

C.A 6525

MX 2040 : Pince de puissancesTriphasé équilibré

Ter

re d

u N

eutr

e

C 37Pince courant de fuite

F05 : Pince Multimètreet de puissance / Facteurde puissance

Terre des Masses (d'utilisation)

PE

Le QualiStar et ses accessoires- Pince MN 93 - 240 A- Pince C 193 - 1000 A- Pince PAC 93 - 1400 A- Ampflex A 193 - 3000 A

MN 93 : 3 x Pinces jusqu'à 240 A

Qualistar - Exemples d'écrans