Le réseau 50 Hz en pratique
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Les tolérances du réseau
Le « 230 V, 50 Hz » de la prise n'est pas une valeur fixe : c'est une valeur nominale, avec des tolérances fixées par la norme sur la qualité de la tension fournie EN 50160Valeurs usuelles de cette norme pour les réseaux publics basse tension ; les conditions exactes (durées, pourcentages de temps) sont à vérifier dans la version en vigueur. :| Grandeur | Tolérance habituelle | Soit |
|---|---|---|
| Tension | ± 10 %, en moyenne sur 10 minutes | de 207 à 253 V |
| Fréquence, réseau interconnecté | ± 1 % presque toute l'année | de 49,5 à 50,5 Hz |
- Un appareil doit donc fonctionner correctement sur toute cette plage : un moteur sous 207 V appelle plus de courant et chauffe davantage (voir l'Aller plus loin du moteur asynchrone) ;
- en bout de ligne, loin du transformateur, la tension est souvent basse aux heures chargées ; à l'inverse, une installation photovoltaïque qui injecte beaucoup la fait monter (cours sur le photovoltaïque).
Pour se le représenter :
La pression de l'eau au robinet : elle varie un peu selon l'heure et selon que l'on habite en haut ou en bas de la colline, mais reste dans une plage garantie.
La valeur 230 V a remplacé 220 V en Europe à la fin du XXe siècle : c'est pourquoi on lit encore 220 V sur d'anciens appareils, qui fonctionnent sans souci.La pression de l'eau au robinet : elle varie un peu selon l'heure et selon que l'on habite en haut ou en bas de la colline, mais reste dans une plage garantie.
Comment le réseau tient ses 50 Hz
La fréquence est l'image de l'équilibre entre production et consommation, à chaque instant, sur tout le réseau européen interconnecté.- Si la consommation dépasse la production, les alternateurs ralentissent un peu : la fréquence baisse. Si la production dépasse, elle monte.
- La masse énorme des turbines et des alternateurs en rotation, leur inertie, amortit les à-coups pendant les premières secondes.
Pour se le représenter :
Un tandem géant à des milliers de cyclistes, qui roule sur une route où la pente change sans cesse : la consommation. Si la côte s'accentue et que personne n'appuie plus fort, tout le monde ralentit ensemble. La vitesse du tandem, c'est la fréquence.
Les réglages automatiques : Un tandem géant à des milliers de cyclistes, qui roule sur une route où la pente change sans cesse : la consommation. Si la côte s'accentue et que personne n'appuie plus fort, tout le monde ralentit ensemble. La vitesse du tandem, c'est la fréquence.
- en quelques secondes, les centrales réglantes augmentent leur puissance d'elles-mêmes, en proportion de l'écart de fréquence : c'est le statisme (voir l'Aller plus loin des alternateurs) ;
- en quelques minutes, un réglage centralisé ramène la fréquence à 50 Hz et rétablit les échanges prévus entre pays ;
- en dernier recours, si la fréquence chute trop, vers 49 HzSeuil de début du délestage automatique en Europe continentale : à vérifier dans les règles du gestionnaire de réseau., des automates délestent : ils coupent des zones de consommation entières pour sauver le reste du réseau.
50 ou 60 Hz ?
Une grande partie du monde est en 50 Hz, une autre en 60 Hz (voir la carte liée en fin de cours). Brancher un appareil prévu pour l'autre fréquence n'a pas les mêmes conséquences dans les deux sens.- Un appareil 60 Hz sur un réseau 50 Hz, à la même tension : chaque alternance dure plus longtemps, le flux dans les noyaux magnétiques augmente d'environ 20 %. Transformateurs, moteurs et bobines approchent de la saturation : le courant à vide grimpe, ils chauffent (cours sur l'électromagnétisme : l'hystérésis).
- Un appareil 50 Hz sur un réseau 60 Hz : le flux diminue, les noyaux travaillent plus à l'aise. Mais les moteurs tournent 20 % plus vite (voir l'Aller plus loin du moteur asynchrone : la ligne 60 Hz de la plaque).
À retenir : ce qui compte pour un noyau magnétique, c'est le rapport entre la tension et la fréquence. Le variateur de vitesse le garde constant pour cette raison (cours sur le paramétrage du variateur : la loi U/f).
- Les appareils électroniques à alimentation à découpage acceptent le plus souvent de 100 à 240 V et 50 ou 60 Hz : la plaque l'indique ;
- les horloges synchrones, les platines vinyle à moteur synchrone et certaines minuteries mécaniques, elles, tournent faux.
Creux de tension, microcoupures, surtensions
Au-delà des tolérances, la tension subit des événements brefs :| Événement | Cause fréquente | Effet typique |
|---|---|---|
| creux de tension | démarrage d'un gros moteur, court-circuit ailleurs sur le réseau | contacteurs qui retombent, variateurs en défaut |
| microcoupure | réenclenchement automatique d'une ligne aérienne après un défaut, en quelques centaines de millisecondes | horloges remises à zéro, box qui redémarre |
| surtension brève | foudre, manœuvres sur le réseau | électronique détruite |
| surtension durable | rupture du neutre | appareils grillés en série |
S'en protéger, selon le cas :
- un onduleur pour l'informatique et les équipements qui ne doivent pas s'arrêter ;
- un parafoudre contre les surtensions brèves, mais pas contre les durables (voir l'Aller plus loin d'Étoile-triangle : la rupture du neutre) ;
- sur une machine, des contacteurs ou des relais temporisés qui tolèrent un creux court, et un redémarrage automatique maîtrisé, ou au contraire interdit pour la sécurité.
Au dépannage : une panne qui survient « au hasard » se diagnostique mal au multimètre. On pose un analyseur de réseau enregistreur pendant plusieurs jours : il note la tension, la fréquence, les creux et les coupures, avec leur heure.
Valeur crête et tenue des composants
Le chapitre 2 l'a montré : les 230 V efficaces du réseau montent à 230 × √2 ≈ 325 V en crête, positive puis négative.- Entre le sommet positif et le sommet négatif, l'écart atteint 650 V crête à crête ;
- s'y ajoutent les tolérances du réseau, jusqu'à 253 V efficaces, soit près de 360 V crête, et les surtensions brèves.
À retenir : un composant raccordé au 230 V se choisit toujours sur la tension crête, avec une marge : condensateurs et diodes de 400 V et plus, voire 600 à 1 000 V.
Exemples : - une diode de redressement en simple alternance avec condensateur subit deux fois la tension crête (cours Redresser et filtrer, chapitre 4) : 650 V, d'où des diodes de 1 000 V ;
- un condensateur branché directement sur le secteur doit être un modèle X ou Y, prévu pour cela (voir l'Aller plus loin des passifs R, L, C) ;
- un appareil de mesure doit avoir la bonne catégorie CAT pour les surtensions du lieu où l'on mesure (voir l'Aller plus loin des multimètres).
L'essentiel à retenir
- Tolérances : 230 V ± 10 % et 50 Hz ± 1 % habituellement ; un appareil doit fonctionner sur toute la plage.
- Fréquence : l'image de l'équilibre production-consommation ; inertie, réglages automatiques, délestage en dernier recours.
- 50 ou 60 Hz : un noyau magnétique vit du rapport tension / fréquence ; un appareil 60 Hz sur du 50 Hz sature et chauffe.
- Perturbations : creux, microcoupures, surtensions brèves ou durables ; onduleur, parafoudre, analyseur de réseau.
- Crête : 325 V crête, 650 V crête à crête ; composants choisis sur la crête, avec marge.
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