L'électricité sale est définie comme la interférence de tension à haute fréquence sur le réseau d'alimentation à 50 ou 60 Hz qui est largement créée par le fonctionnement des convertisseurs de puissance à découpage ainsi que d'autres charges qui génèrent des interruptions à haute fréquence. Cette situation tourne autour d'un aspect commercial considérable reposant sur la vente d'équipements prétendant avoir des propriétés thérapeutiques, bien qu'aucune preuve définitive ne puisse étayer ces affirmations. Il est important de traiter ces deux questions séparément afin de fournir une compréhension adéquate du sujet considéré.
L'électricité sale peut être expliquée de la manière la plus simple comme la présence de bruit de tension et de courant à haute fréquence dans la plage d'environ 2 kHz à presque 150 kHz bruit large bande au sein du système principal du réseau principalement attribué au fonctionnement des convertisseurs de puissance à découpage, des drivers LED, des variateurs de vitesse, des gradateurs à haute fréquence, des onduleurs solaires et des contacts d'arc à haute fréquence. L'électricité sale est quantifiée en termes de millivolts du contenu haute fréquence ou évaluée sous forme d'émissions conduites contrairement à la distorsion harmonique. Les effets documentés de l'électricité sale feront référence à son influence possible sur les dispositifs électroniques tels que le chauffage accru des transformateurs ou moteurs, les déclenchements intempestifs des DDR, et les interférences avec les transmissions sur ligne électrique. Aucune autorité locale ne soutient les affirmations concernant les implications sanitaires de l'électricité sale. Il est recommandé de contrôler l'électricité sale à sa source en appliquant des techniques de filtrage et de mise à la terre appropriées.
Les détails ci-dessous cherchent à expliquer la signification technique de l'électricité sale, ainsi que sa source. Ils peuvent également développer les divers impacts de l'électricité sale sur différents équipements et dispositifs.
Du point de vue des ingénieurs en services du bâtiment, il existe une définition de l'électricité sale qui n'inclut pas le propriétaire avec un compteur d'électricité sale à brancher.
Électricité sale définie en pratique
Trois phénomènes pouvant être classés comme électricité sale ont des origines et des solutions différentes.
Retard harmonique implique un changement en régime permanent de la forme des ondes de tension et de courant s'éloignant d'une valeur sinusoïdale pure (une forme d'onde électrique complètement lisse) à N fois la fréquence de l'alimentation entrant dans le système. Tous les systèmes électriques doivent respecter une limite de distorsion harmonique de 5 % au point de couplage commun. Les charges non linéaires, telles que les redresseurs et les variateurs de fréquence, provoquent la génération de distorsion harmonique.
Bruit haute fréquence est ce que la majorité des gens considèrent comme de l'électricité sale. Le bruit haute fréquence se produit à des fréquences supérieures à la distorsion harmonique, spécifiquement de 2 kilohertz (kHz) à 150 kHz, et résulte des cycles de commutation du travail interne des circuits des alimentations électriques, qui fonctionnent à des fréquences allant de dizaines de kHz à des centaines de kHz. Les analyseurs harmoniques ne peuvent pas détecter le bruit haute fréquence, et toute personne produisant un rapport de qualité de puissance ne divulguera pas d'informations sur ce phénomène, car les analyseurs harmoniques ne vont que jusqu'à la 50e fréquence harmonique.
Transitoires sont des pics intermittents de tension qui peuvent être causés par la commutation marche/arrêt des circuits d'alimentation ou par la foudre ou l'arc dans le réseau de distribution électrique. Les transitoires peuvent être contrôlés en utilisant des dispositifs de protection contre les surtensions, sans utiliser de techniques de filtrage. Il est conseillé de comprendre les différences entre disjoncteurs et parafoudres avant tout achat pour la condition transitoire car ces dispositifs remplissent des fonctions différentes et aucun d'eux ne filtre le bruit à haute fréquence à travers leur système.
La description d'un ingénieur est clairement définie et associée aux ingénieurs comme suit ; toutes les instances de contamination de l'alimentation qui dépassent les niveaux des normes occasionnelles et des harmoniques inhérents qui ne peuvent pas être accrédités par des mesures normales de qualité de puissance. Elle présente une classification objective mais manque de notoriété comparée à notre définition précédente.
C'est ici que cela intervient
Une des raisons du rôle des alimentations à découpage (SPS) dans les bâtiments actuels repose principalement sur le fait qu'elles sont l'une des principales causes d'interférences électromagnétiques.
Un SPS fournit un pont reliant l'alimentation AC via une fonction de hachage à haute fréquence et transforme le courant en alimentation DC. La fonction de hachage produit des bords de tension nets générant de petites impulsions de tension grâce à l'utilisation des fonctions marche/arrêt dans l'opération de découpage. Alors qu'une seule alimentation de portable ne cause aucune interférence, dès que vous unifiez des centaines de drivers LED, alimentations de portables et chargeurs de batteries, variateurs de vitesse, etc. sur le même tableau électrique, une distorsion de tension haute fréquence en résulte.
Les ballasts électroniques, les drivers LED programmables, les variateurs de vitesse, les alimentations sans interruption et les onduleurs solaires sont cinq sources de base responsables du bruit électromagnétique dans chaque système d'alimentation électrique. De plus, les connexions par arc peuvent également produire du bruit électromagnétique, constituant ainsi une préoccupation sérieuse en matière de qualité de puissance.
La conception correcte des câbles est aussi importante pour contrôler le bruit que l'alimentation électrique appropriée. Cela inclut l'utilisation de longueurs étendues de conducteurs appariés, la présence de connexions neutres partagées, l'absence de mise à la terre et même la formation du signal en l'envoyant directement à la charge.
Le tableau ci-dessous résume les sources de problèmes, leur impact et les actions pouvant être prises contre elles.
| Source du problème | Fréquence de début – Fréquence de fin | Impact → Impact | Actions standard |
|---|---|---|---|
| Alimentation à découpage et drivers LED | 20 kHz – 1 MHz → 20 kHz – 1 MHz | Niveau continu faible de bruit, problèmes possibles avec les communications | Filtrer à la source, séparer la carte. |
| Variateurs de vitesse | 2 kHz – 150 kHz → 2 kHz – 150 kHz | Chauffage du moteur et déclenchements intempestifs du DDR | Utiliser une réactance en série ou des câbles moteurs blindés |
| Arc électrique à une connexion | Bruit apparaissant en pics | Brûlure, risque d’incendie et fonctionnement erratique | Re-terminaison, assurer le couple correct et DDRF |
| Transitoires causés par la foudre et les opérations de commutation | Transitoires durant moins de 1 ms | Dommages aux équipements, stress excessif sur l’isolation | Utiliser des systèmes de protection contre les surtensions, pas de filtration à cette fréquence. |
| Distorsion harmonique | 100 Hz à 2,5 kHz | Surchauffe du neutre et du transformateur | Utiliser des méthodes d’équilibrage de charge et des filtres harmoniques. |
Importance de la plage de fréquences de 2 kHz à 150 kHz
Il existe des normes pour les émissions d’énergie à différentes fréquences pour les mêmes appareils dans deux plages de fréquences. La plupart des émissions d’énergie dans la plage de fréquences entre 2 et 150 kHz sont généralement considérées comme des émissions sales.
Pour commencer, les émissions à des fréquences inférieures à 2 kHz sont régulées par les limites de distorsion harmonique établies par la norme IEEE 519 en Amérique du Nord. Les émissions à des fréquences supérieures à 150 kHz sont contrôlées par les normes internationales CISPR 11 et CISPR 32. Jusqu’à récemment, il n’y avait aucune réglementation pour la bande de fréquences entre 2 et 150 kHz, qui inclut l’utilisation d’alimentations à découpage et les bandes de fréquences provoquant une accumulation de bruit.
Cette lacune dans la réglementation est responsable de la situation décrite. Si un produit respecte toutes les règles de compatibilité électromagnétique (CEM), il est toujours possible qu’il pollue l’environnement dans la bande de fréquences de 2 à 150 kHz. La norme CISPR 16-1-2 fournit la méthode de mesure des émissions dans cette bande, mais l’application des normes utilisées laisse de nombreux produits émettre du bruit dans cette bande.
Par conséquent, cela affecterait grandement les ingénieurs en énergie des bâtiments puisque l’instrument de mesure utilisé est généralement appelé analyseur de qualité d’énergie électrique selon IEC 61000-4-30, capable de mesurer les harmoniques au 50e ou 63e ordre (2,5 kHz à 3,15 kHz à 50 Hz) plutôt que d’exiger l’utilisation d’une sonde de courant haute fréquence et d’un analyseur de spectre pour rapporter à des fréquences plus élevées.
Effet du bruit électrique sur les équipements
Il existe trois types d’effets, à savoir les effets thermiques, les effets fonctionnels et les effets sur les communications, qui seront expliqués plus en détail afin de ne pas confondre ces deux derniers avec les effets thermiques quant à leur coût réel pour l’utilisateur.
Effets thermiques. L'effet de peau inhérent à la transmission de signaux haute fréquence provoque un écoulement inégal du courant à travers un conducteur, car le courant se décharge davantage à la surface, et en raison de l'énergie thermique générée lors de la conduction, cela peut entraîner une surchauffe excessive dans les conducteurs qui transmettent continuellement des signaux haute fréquence. L'influence des courants haute fréquence sur les dispositifs à condensateur doit également être comprise car elle est une cause principale de défaillance due à des niveaux de puissance excessifs.
Lors de la mise en œuvre des conceptions électriques, il est essentiel que les ingénieurs prennent en compte les effets des courants haute fréquence sur les dispositifs à condensateur car une surchauffe excessive se produira et entraînera une défaillance prématurée.
Dans les systèmes de communication sur ligne électrique, qu'il s'agisse de réseaux intelligents ou de systèmes de transmission électrique, l'intégrité du signal doit rester intacte. La présence de bruit à haute fréquence interférera avec la performance et l'efficacité du système puisqu'il est corrompu par des interférences, ce qui est purement un problème de communication.
La présence de bruit est également assez courante dans d'autres instruments électroniques de par la manière dont ils peuvent être générés par divers moyens. Dans le cas où ce bruit est produit, il n'est pas possible de l'attribuer à un emplacement physique unique car il s'agit toujours d'un phénomène aléatoire.
Il peut y avoir une étude et une analyse des arcs électriques présents dans le système lui-même car cela permettra d'identifier à la fois une cause et un
Dans le cas où un analyseur d'impédance détecte des événements d'interruption sans qu'aucun ton audible ne soit produit, cela indique un problème d'étanchéité de la connexion électrique plutôt qu'un problème lié à la gestion de la charge. Le dispositif de détection de défaut d'arc identifie la signature de l'arc en série et déclenche avant que l'ignition ne se produise, ce qui constitue donc une fonction différente du filtrage.
Les preuves concernant les allégations sanitaires
C'est ici que le sujet dépasse le domaine du génie électrique pour entrer dans quelque chose de plus accessible à une explication profane.
Il y a eu une pléthore d'informations concernant l'affirmation selon laquelle l'électricité sale cause fatigue, maux de tête et perturbations du sommeil chez les personnes. L'Organisation mondiale de la santé, à travers ses rapports et d'autres autorités nationales de protection contre les radiations, a confirmé qu'il n'existe aucune preuve empirique reliant le niveau d'électricité sale dans les bâtiments à des problèmes de santé.
Un phénomène intéressant dans ce domaine est connu sous le nom de effet nocebo: les patients affectés par cette condition expriment leurs symptômes quel que soit le type d'exposition impliqué. Une telle connaissance n'implique pas qu'ils ne souffrent d'aucune maladie, mais sert plutôt d'outil pour assurer une gestion appropriée de leurs plaintes, car tous les remèdes ne sont pas efficaces.
Un aspect technique compliquant la question de santé est que l'énergie électromagnétique à haute fréquence produit un échauffement des installations d'équipement et provoque des déclenchements intempestifs ainsi que des interférences de communication. La justification pour résoudre ce problème d'interférence est valable sur cette seule base.
Directives de mesure appropriées
S'il y a une perte d'argent liée à la mesure, c'est principalement parce que les dispositifs de mesure les plus fiables fournissent des résultats en unités arbitraires, impossibles à comparer à différents endroits ou avant et après toute modification.
La première étape de mesure implique une enquête appropriée sur la qualité de l'alimentation. L'utilitaire utilise un équipement de classe A pour collecter les mesures de tension, courant, harmoniques (jusqu'au 50e harmonique), scintillement et transitoires pendant au moins une semaine. Cela aide à identifier le problème, qu'il soit transitoire, harmonique ou haute fréquence, et sert de base de comparaison pour les utilitaires et les consultants, car les données peuvent être considérées comme valides.
La deuxième méthode de mesure implique la mesure haute fréquence. Si l'enquête sur la qualité de l'alimentation a révélé un problème de qualité énergétique, alors la source sera tracée dans le spectre kHz à l'aide d'un analyseur de spectre et la sonde de courant est également indispensable pour capturer les données de 2 à 150 kHz.
La troisième méthode de mesure implique la corrélation avec la charge. Puisque les mesures auront lieu au moment où nous allumons et éteignons les tableaux l'un après l'autre, il sera facile d'identifier les complications en moins d'une heure.
Passer par des compteurs offrant des lectures en unités fictives ne peut être d'aucune aide car ils décrivent à la fois le courant et la tension non pas en termes absolus, mais plutôt en données fictives.
Solution : Contrôle de la source, filtrage et mise à la terre
Il convient de souligner la nécessité d’un ordre de conclusion. Le bruit filtré ne peut s’arrêter une fois que le bruit est produit par la source, ce qui entraîne des coûts continus.
Contrôle de la source. Utilisez des sources d’alimentation à faibles émissions régulées et employez des dispositifs régulés dans les plages de fréquences spécifiées par leurs fabricants, de 2 kHz à 150 kHz. De plus, évitez une accumulation importante de dispositifs à faible coût sur un même tableau commun. Si vous êtes propriétaire de nouveaux bâtiments, il s’agit alors d’un problème de spécification et il n’y a pas encore de coûts à votre charge à cet égard.
Séparation des circuits. Assurez-vous que les circuits à forte charge desservant des groupements ne se mélangent pas avec les circuits sensibles, y compris les circuits ILS. Maintenez les câbles et l’alimentation séparés, croisez-les à au moins 90 degrés, évitez autant que possible les longues courses de câbles en parallèle. Presque tous les problèmes d’interférences électromagnétiques dans les environnements de bâtiments commerciaux sont facilement résolus en séparant simplement les circuits.
Filtrage final. Filtrez capacitive avant la charge pour atténuer la propagation des EMI vers d’autres dispositifs sur le même tableau avant d’arriver à vos dispositifs ILS, mais le filtre doit respecter l’exigence de perte d’insertion – il peut ne pas y avoir de point d’atténuation spécifié sur la fiche technique si aucun point spécifique n’est indiqué.
Isolement. Du point de vue de l’augmentation de la probabilité de filtrer avec succès les EMI indésirables provenant d’instruments de laboratoire et/ou de studios audio, les transformateurs d’isolation blindés avec écran électrostatique sont une bonne option à considérer lors de l’utilisation d’équipements électriques sensibles.
Le type de dispositif de protection qui doit être sélectionné pour les tableaux de distribution est important, car il peut aider à garantir que l’immunité aux hautes fréquences ne contribuera pas à des déclenchements intempestifs dans un problème de bruit existant.
Éléments clés pour la spécification dans la conception d’une nouvelle installation
Dans tout bâtiment avec des exigences majeures en charge électronique, cinq composants nécessaires doivent être inclus dans votre spécification électrique, tous étant moins coûteux en phase de conception qu’en phase de conformité.
L’établissement de limites pour la distorsion harmonique (point de couplage commun) en utilisant une norme (généralement IEEE 519 ou similaire), exige que le consultant démontre la conformité par des mesures, et non par des calculs.
L’utilisation de panneaux séparés pour les charges non linéaires, telles que les installations de variateurs, les dispositifs inversés et les grands LED, réduira l’impact de leur fonctionnement sur les charges d’instrumentation et les panneaux IT, qui doivent être séparés les uns des autres.
Le dimensionnement du conducteur neutre doit prendre en compte à la fois les courants harmoniques en raison de la contribution des harmoniques de rang trois annulant leurs effets sur le courant neutre. Ainsi, la base du conducteur neutre sera déterminée par la taille du courant fondamental et doit considérer les effets thermiques des charges placées sur l’installation.
Une preuve des tests de mise à la terre et de liaison équipotentielle, tels que les résultats d’impédance de boucle et les tests de liaison, doit être fournie pendant la période de transition.
Les résultats des tests de mise en service dans la plage de fréquences de 2-150 kHz doivent être utilisés comme référence pour les projets en cours.
Enfin, il existe des types de dispositifs de protection et de distribution qui existent dans ces panneaux sur lesquels les spécifications doivent commencer et sur lesquelles les mesures doivent être basées.
Où se positionne HUYU
Nous fabriquons des disjoncteurs, des dispositifs à courant résiduel et des détecteurs de défaut d’arc ainsi que des composants électriques pertinents, et il y a deux aspects de l’électricité sale qui concernent cette gamme de produits.
Le premier aspect est l’immunité. Un dispositif à courant résiduel qui fonctionne sur une fuite haute fréquence opère comme prévu dans un circuit incorrect, tandis que la différence entre les produits repose sur la quantité de bruit qu’ils peuvent supporter avant que cela ne se produise. Le instruments RCBO utilisés dans les circuits finaux ont une classification spécifique de performance haute fréquence et elle doit être demandée plutôt que supposée.
Le second aspect est de fournir une protection contre la cause plutôt que contre l’effet. Un instrument de détection d’arc fonctionne sur la connexion d’arc qui génère soit de la chaleur soit du bruit large bande. L’utilisation sûre d’un disjoncteur efficace peut garantir que les surcharges de circuit ne se produisent jamais en raison d’équipements produisant du bruit.
Nous ne vendons pas de filtres, et nous mentionnerons cela chaque fois que du bruit est identifié au lieu d’une protection. Une alimentation électrique propre est obtenue systématiquement par le contrôle à la source, l’isolation et une mise à la terre appropriée. La mise en place d’un dispositif au tableau de distribution n’est qu’un élément du puzzle.
FAQ
Comment se débarrasser de l’électricité sale ?
Nettoyer votre électricité implique d’éliminer les fréquences dans les courants électriques généralement associées à certains appareils produisant une tension ou des courants d’énergie non normalement utilisés. Tout appareil électrique produit généralement des harmoniques qui peuvent interférer avec la qualité de l’alimentation d’autres appareils, que ce soit votre ordinateur, votre réfrigérateur ou tout autre appareil électrique. En résumé, l’électricité sale fait référence à l’énergie produite par des appareils qui ne produisent pas normalement de telles harmoniques.
Comment puis-je me débarrasser de l’électricité sale ?
L’élimination complète de l’électricité sale est impossible à réaliser dans la vie quotidienne, mais vous pouvez prendre des mesures pour éliminer ses effets négatifs possibles. Si vous vous inquiétez des problèmes de santé associés aux champs électromagnétiques, vous devriez définitivement réfléchir à l’utilisation des téléphones portables, à la connexion Wi-Fi à domicile et à bien d’autres choses affectant l’électricité.
En ce qui concerne la réduction des effets des niveaux d’électricité sale, vous pouvez commencer par mettre à niveau votre système électrique comme indiqué ci-dessus, en éteignant tous les appareils inutiles, en recalibrant votre système de transformateurs, en ajustant vos équipements pour qu’ils consomment le moins d’énergie possible, c’est-à-dire en vous assurant d’avoir une mise à la terre adéquate et en utilisant des filtres. Enfin, si aucune des solutions ci-dessus ne s’avère satisfaisante, il ne reste plus qu’à faire appel à un professionnel.
La source du bruit électrique haute fréquence dominant dans l'alimentation en tension et les signaux de courant au-dessus des harmoniques provient principalement des divers appareils, y compris les alimentations à découpage, les pilotes LED, les moteurs à vitesse variable et les extrémités d'onduleurs. Le problème vient du fait que certains utilisateurs ont tendance à confondre la distorsion harmonique et les transitoires avec le bruit électrique. L'une des meilleures façons de comprendre le bruit électrique est de voir comment il se rapporte à la contamination normale dont la mesure ne peut être effectuée par aucun compteur de qualité de puissance standard.
Existe-t-il un mythe concernant l'électricité sale ?
L'électricité sale est en effet un problème de santé. L'Organisation mondiale de la santé et les gouvernements n'ont pas encore fourni de preuve cohérente que les niveaux accumulés dans les bâtiments sont responsables de l'une quelconque des conditions revendiquées. De plus, aucun test de provocation n'a confirmé que même les individus très sensibles seraient capables de discerner s'ils étaient exposés ou non à l'électricité sale. Bien qu'il existe des preuves d'effets d'ingénierie, il n'y a pas de poursuites liées à des revendications sanitaires, ce qui rend plus difficile la propagation de la véritable déclaration d'ingénierie.
Références
- Behler-Young – Électricité sale : Que peut-elle faire
- Schneider Electric – Énergie sale : Qu'est-ce que c'est et pourquoi vous devez la nettoyer
- UL Solutions – Normes de qualité de puissance et dispositifs de protection
- NEMA – Équipements de distribution basse tension et qualité de puissance
- Hitachi Energy – Qualité de puissance et stabilité du réseau
Conclusion
L'électricité sale existe dans le monde de l'ingénierie, mais sa commercialisation a conduit à une mauvaise compréhension de la gravité réelle des effets de ce phénomène. L'électricité sale produit des défis liés au bruit, mais les effets sanitaires allégués sont sans fondement. Toute personne adoptant une intervention basée sur une perspective sanitaire gaspillerait simplement des ressources sur un instrument de peu de valeur.
L'électricité sale doit être considérée davantage comme une question de qualité de puissance dans laquelle trois aspects doivent être pris en compte : des mesures appropriées, une séparation correcte des autres sources, puis une filtration après cela. Dans les nouveaux bâtiments, il sera utile de s'assurer que les conceptions incluent des dispositions pour les mesures de distance et le dimensionnement du neutre, car cela garantira qu'il n'y aura pas de dépenses inutiles à l'avenir.
