Mesureur de puissance

Les performances sont généralement mesurées et évaluées de manière objective grâce aux valeurs mesurées. D´un point de vue sportif, le slogan de nombreuses disciplines d´athlétisme est : « plus haut, plus vite, plus fort ». Les appareils qui sont utilisés pour mesurer les temps et les distances atteints pendant les entraînements et les compétitions sont, en quelque sorte, aussi des mesureurs de puissance. Or, dans de nombreux domaines, les données de rendement font référence à l´énergie fournie ou consommée par unité de temps. Pour les différentes formes d´énergie comme, par exemple, l´énergie thermique, l´énergie mécanique ou l´énergie électrique, de multiples variables sont enregistrées pour déterminer le rendement.

La puissance mécanique est égale ´au travail effectué par unité de temps : P = W / t
La puissance thermique est égale à la quantité de chaleur émise par unité de temps : P = Q / t
Avec du courant continu, la puissance électrique est égale à la tension multipliée par le courant : P = U x I

Cependant, les différentes puissances peuvent être spécifiées et comparées en watts. Un watt correspond à un joule par seconde ou à un newton mètre par seconde. Identifier la puissance thermique des systèmes de chauffage ou de refroidissement est important pour pouvoir chauffer ou refroidir suffisamment certains milieux. La puissance mécanique, quant à elle, est généralement spécifiée pour les véhicules ou les machines afin de déterminer ou de comparer son adéquation pour des applications particulières. Les paragraphes suivants traiteront spécifiquement du mesureur de puissance pour les systèmes et les appareils électriques.

Avec un mesureur de puissance adapté, vous pouvez enregistrer les données de puissance des réseaux électriques et des appareils. Que ce soit dans les logements, les bâtiments publics, les hôpitaux ou les bâtiments industriels, le mesureur de puissance permet de vérifier les spécifications de puissance des opérateurs de réseaux et des fabricants d´appareils. Parmi les applications les plus courantes se trouvent aussi le calcul de la consommation à des fines de facturation ou d´optimisation ainsi que les mesures permettant d´isoler les causes des défaillances dans les systèmes électriques.

Lorsque l´on spécifie la puissance électrique, il faut distinguer, au moment de mesurer le courant alternatif, entre puissance active, puissance réactive et puissance apparente. La puissance active P est la puissance apportée par le fournisseur au point de consommation où elle est convertie. La puissance réactive Q est due à un déphasage entre la tension et le courant. Elle se produit dans les dispositifs inductifs et capacitifs et signifie qu´une partie de la puissance ne peut pas être utilisée par l´appareil. Pour la distinguer de la puissance active, les valeurs de la puissance réactive peuvent être spécifiées dans l´unité volt-ampère réactif (Var). La puissance apparente S est formée par la puissance active et la puissance réactive. Elle peut être spécifiée en volt-ampères (VA) pour la distinguer de la puissance active, et elle est toujours supérieure ou égale à celle-là. La puissance apparente doit être prise en compte au moment de concevoir les câbles et les composants. Pour une correcte attribution des valeurs mesurées, il est utile que le mesureur de puissance indique les valeurs de la puissance réactive en Var et les valeurs de la puissance apparente en VA.

La puissance nominale qui apparaît sur la plaque signalétique d´une machine décrit la puissance mécanique de sortie. La puissance de sortie est toujours inférieure à la puissance électrique consommée par la machine, à cause des pertes inévitables comme celles dues au frottement, par exemple. Le rapport entre la puissance mécanique de sortie et la puissance électrique d´entrée s´appelle rendement. Si la puissance de sortie est nulle ou insuffisante, comme c´est le cas lorsque la vitesse est trop faible, le mouvement est trop lent ou le débit est trop faible, vous pourrez utiliser un mesureur de puissance électrique adapté pour déterminer si la tension d´alimentation est suffisante. Il est aussi possible de vérifier si la tension et le courant nécessaires sont présents dans les connexions et les câbles. À partir des résultats des mesures, il est possible de clarifier ou d´exclure les causes des défaillances électriques. Lors de la maintenance prédictive, vous pouvez identifier clairement les écarts dans la consommation d´énergie des machines, au moyen de mesures périodiques avec un mesureur de puissance électrique. Une augmentation de la consommation électrique d´une machine est un signe évident de changement dans les conditions de fonctionnement comme, par exemple, l´usure des pièces de la machine, les fuites ou les pertes supplémentaires par friction, et cela devrait toujours être une raison pour en clarifier la cause.

Réduire la consommation d´énergie et optimiser son utilisation n´aide pas seulement à réduire les coûts - les investissements financiers sont généralement rentabilisés rapidement. Réduire la consommation d´énergie contribue aussi à préserver les ressources et à atténuer les effets négatifs sur le climat local et mondial. Par exemple, Le gouvernement fédéral allemand, par l´intermédiaire de son Office de l´économie et du contrôle des exportations (BAFA), subventionne les conseils en matière d´énergie des petites et moyennes entreprises, en couvrant jusqu´à 80% des frais de consulting. Même sans un consultant spécialisé en énergie, il est possible d´enregistrer et d´analyser les valeurs de rendement des machines individuelles ou des systèmes complexes sur une longue durée, en utilisant un mesureur de puissance. Une analyse des données de mesure permet de découvrir le potentiel d´économie énergétique et de le vérifier ensuite concrètement. L´efficacité des mesures des économies d´énergie appliquées peut être constatée au moyen de mesures comparatives ultérieures.

Les conditions requises pour l´achat d´un mesureur de puissance varient en fonction de l´usage prévu. Afin de trouver le mesureur de puissance le mieux adapté à vos besoins, avant d´en choisir un, nous vous recommandons d´analyser les questions suivantes :

Pour le contrôle automatique des systèmes de production, vous pouvez utiliser un mesureur de puissance à installation permanente pour enregistrer les données de la puissance électrique dans différents points importants de l´installation, et les transférer pour leur contrôle ou évaluation. Un mesureur de puissance à installation permanente est généralement placé en permanence dans le système et mesure le courant et la tension en continu, lorsque le système est en marche. Comme les données sont directement transmises via une interface, ces appareils n´ont généralement pas d´écran indiquant les valeurs de mesure. Par contre, un mesureur de puissance portable est conçu pour des mesures ponctuelles dans différents points et dispose donc d´un écran et d´une unité de contrôle dans laquelle les câbles de mesure et les pinces ampèremétriques sont connectés.

Pour déterminer les données de la ligne, le mesureur de puissance doit mesurer le courant et la tension. Comme la mesure directe de la tension est effectuée en parallèle avec la charge, celle-ci peut rester opérationnelle. Cependant, pour la mesure directe du courant, le mesureur de puissance doit être connecté en série à la charge, et le circuit doit être interrompu. La mesure directe du courant est parfaite si l´interruption du circuit n´est pas un problème ou si un mesureur de puissance à installation permanente est installé en permanence dans un système. Pour les utilisateurs finaux, il existe des compteurs spéciaux avec des fiches et des prises de courant avec contact de mise à la terre ou des fiches CEE, dans lesquelles la fiche de l´appareil de l´utilisateur final peut être branchée. Contrairement à la mesure indirecte, un mesureur de puissance de ce type peut mesurer les câbles individuels sans avoir besoin de débrancher le câble.

Un mesureur de puissance adapté à la mesure indirecte du courant est équipé d´au moins une pince ampèremétrique ou d´une bobine de Rogowski, qui doit entourer le câble électrique qui va être mesuré. La mesure est inductive. Les pinces de courant et les bobines de Rogowski diffèrent déjà extérieurement. Les pinces ampèremétriques sont rigides et peuvent être utilisées partout où les parties sous tension d´une machine ou d´un système sont facilement accessibles. Les pinces ampèremétriques servent généralement à effectuer des mesures lorsque le courant que doit évaluer le mesureur de puissance est relativement faible. Normalement, les pinces ampèremétriques peuvent être utilisées jusqu´à un maximum de 1200 A par phase. Du fait de leur design rigide, les pinces ampèremétriques sont difficiles à utiliser dans les armoires de distribution et de sous-distribution. C´est là que l´on se sert des mesureurs de puissance qui ont des bobines Rogowski flexibles. Ces anneaux de courant sont parfaits pour les mesures de puissance lorsqu´il n´y a pas assez d´espace pour employer des pinces ampèremétriques. Les bobines de Rogowski servent aussi à mesurer des courants beaucoup plus élevés par phase. Les bobines de Rogowski peuvent déterminer avec précision des courants allant jusqu´à 10.000 A.

L´avantage de la mesure indirecte est qu´il n´est pas nécessaire de connecter la ligne d´approvisionnement au mesureur de puissance. Vous pouvez effectuer la mesure sans interrompre la production ni les processus opérationnels, puisqu’il n´est pas nécessaire de déconnecter les lignes d´approvisionnement et donc, il n´y a pas besoin d´éteindre le système. Le mesureur de puissance ne requière pas non plus l´usage d´un câble à grande section pour mesurer de plus grands courants. C´est pour cela qu´il est souvent plus pratique d´utiliser un mesureur de puissance avec mesure indirecte du courant pour les mesures mobiles.

Un compteur de puissance peut aussi servir de compteur pour enregistrer l´énergie électrique fournie. Les compteurs utilisés au point de transfert entre le fournisseur d´énergie et le client final sont aussi des compteurs de puissance. À des fins de facturation, la puissance fournie par le compteur est multipliée par le temps correspondant. Il existe des compteurs de puissance homologués et non homologués. Avant d´acheter un appareil pour mesurer la consommation, il est fondamental de déterminer s´il nous faut un mesureur de puissance homologués pour l´usage prévu.

Un mesureur de puissance simple possède une fréquence de mesure de 1 hertz environ. Un mesureur de puissance de ce type suffit lorsque l´on va juste enregistrer des données de puissance simples. Mais, si souhaitez enregistrer les courants d´appel par exemple, vous aurez besoin d´un mesureur de puissance ayant une fréquence de mesure beaucoup plus élevée. Sachant que l´appel de courant élevé qui se produit au démarrage de certaines machines ne dure généralement que quelques millisecondes, la fréquence de mesure d´un mesureur de puissance utilisé à cette fin doit être de 128 Hz pour pouvoir enregistrer les valeurs de crête.

Pour de nombreuses applications, il est intéressant que les valeurs mesurées et enregistrées avec un mesureur de puissance puissent être transférées à un ordinateur ou à un autre appareil, soit de façon immédiate soit de façon ultérieure. Souvent, les appareils intègrent une interface RS232 ou USB. D´autre part, certains mesureurs de puissance possèdent une interface Bluetooth à travers laquelle les données peuvent être directement envoyées à des appareils mobiles sans avoir besoin d´un câble. Le mesureur de puissance avec interface Ethernet peut être directement intégré à un réseau local. Ensuite, des connexions à distance peuvent être établies pour télécharger les données mesurées ou pour contrôler le mesureur de puissance. Cela peut être fait via une connexion VPN sûre.

Pour certaines analyses, il est nécessaire d´enregistrer les données de rendement à intervalles réguliers sur une durée plus longue. Pour ce faire, de nombreux mesureurs de puissance intègrent un enregistrement de données qui sauvegarde les données de mesure avec la date et l´heure, à un intervalle de temps donné. Une fois les paramètres configurés et les câbles de mesure connectés, le mesureur de puissance fonctionne de manière autonome. Lorsque la mesure est terminée, les données enregistrées peuvent être transmises à un PC pour être analysées. Par exemple, vous pouvez utiliser les données enregistrées par le mesureur de puissance pour déterminer si la puissance absorbée ou la consommation d´énergie varie beaucoup, et si elle est particulièrement élevée à certains moments.

L’étalonnage périodique conforme à ISO ou ENAC peut démontrer qu´un mesureur de puissance respecte les spécifications de précision spécifiées. Sur demande, les nouveaux appareils peuvent être livrés directement avec un certificat d´étalonnage en vigueur. S´il n´est pas possible de réétalonner l´appareil dans les installations de l´utilisateur ou, si les normes de qualité interne exigent un étalonnage externe, le mesureur de puissance devra être envoyé à un laboratoire d´étalonnage adapté.

EN ISO 50001 et EN 16247-1 sont des normes internationales pour la gestion de l´énergie. Chaque année, de nouvelles prévisions sur la consommation d´énergie pour le futur sont faites. Bien entendu, il est prévu que la consommation d´énergie augmente. En réalité, économiser de l´énergie est très simple. Si on réfléchît à ce qui constitue réellement une consommation d´énergie inutile, par exemple dans la sphère privée, on peut identifier en peu de temps le potentiel d´économie énergétique.

Si on l´extrapole à une plus grande échelle comme l´industrie, le commerce ou les organisations, nous arrivons rapidement à un potentiel d´économie énergétique bien plus grand. Les entreprises ont bien sûr la possibilité d´être certifiées conformes à la norme ISO 50001 ou de considérer cette norme juste comme un élément de réflexion pour améliorer leur efficience économique. Bien entendu, celui qui économise de l´énergie peut immédiatement obtenir des résultats économiques positifs.

Dès qu´il s´agit d´argent, tout le monde est plus attentif que d´habitude, car l´argent est le véritable moteur de l´innovation. Dans le cas qui nous intéresse, l´argent est ce qui pousse à utiliser un mesureur de puissance pour vérifier la consommation des appareils et des machines. Il est vrai que n´importe qui peut additionner facilement la consommation électrique indiquée sur les plaques signalétiques des appareils, mais cela n´est généralement pas suffisant. Si vous souhaitez économiser de l´énergie dans les machines et les installations de votre entreprise, ou si vous souhaitez réduire les coûts de la climatisation et de la réfrigération dans votre hôtel, il vous faut un mesureur de puissance. Si vous disposez d´un personnel spécialisé qui mesure, évalue et analyse les données, c´est parfait. Mais vous pouvez également faire appel à un consultant en énergie en tant que prestataire de services.

Un mesureur de puissance monophasé ou triphasé est comme un petit système de gestion énergétique lorsqu´il est équipé du logiciel d´évaluation adapté. Conformément à la norme ISO 16247-1, une entreprise peut demander un audit énergétique initial en guise de préambule à la réduction de la consommation d´énergie. Il peut être effectué par un consultant en énergie agréé. Cet expert utilise toujours un mesureur de puissance pour enregistrer les données. L´audit énergétique est essentiellement une partie de la norme ISO 50001. Cette première partie jette les bases de l´analyse de la consommation énergétique des appareils.

PCE Instruments propose le mesureur de puissance adapté à chaque application. Vous aussi, vous pouvez commencer dès aujourd´hui à identifier un grand potentiel d´économie, en utilisant un mesureur de puissance ou en faisant appel à un consultant en énergie externe pour réaliser la première phase de la norme ISO 50001 : l´audit énergétique.

Le mesureur de puissance peut être classé en fonction de son principe de fonctionnement :

• Mesureur de puissance analogique
• Mesureur de puissance numérique avec mesure directe du courant
• Mesureur de puissance numérique avec mesure indirecte du courant

Le mesureur de puissance analogique mesure le courant et la tension de façon simultanée et directe. La valeur mesurée s´affiche sur un écran analogique.

Comme avec un mesureur de puissance analogique, la mesure est effectuée directement. La seule différence est la visualisation des valeurs mesurées qui, dans ce cas, s´affichent sur un écran numérique. Ce type de mesureur de puissance intègre généralement une mémoire. Cela permet à l´utilisateur de documenter même les faibles puissances. Ces mesureurs de puissance sont souvent conçus comme des appareils de paillasse ou sous forme de multimètre, puisque leur champ d´application se trouve la plupart du temps dans les laboratoires ou les ateliers.

Lorsqu´un mesureur de puissance est utilisé pour mesurer la puissance de façon indirecte, le courant est déterminé au moyen de transformateurs de courant. La pince ampèremétrique fonctionne comme une bobine. Lorsque le conducteur de courant génère un courant dans la pince ampèremétrique, l´intensité du courant peut être déterminée.

Pour mesurer le courant induit et déterminer le courant réel, on se sert de pinces ampèremétriques ou de bobines de Rogowski. Pour calculer le courant mesuré indirectement et la tension mesurée directement, le mesureur de puissance emploie la formule P = U * I pour déterminer la puissance.

Un mesureur de puissance avec mesure indirecte du courant ne peut être utilisé que s´il y a des courants élevés ou si le conducteur ne peut pas être déconnecté. La mesure avec pinces ampèremétriques a d´autres avantages : il est possible de mesurer plusieurs phases simultanément et de déterminer la puissance. Que la phase soit chargée symétriquement ou asymétriquement a souvent peu d´importance.

Le facteur de puissance décrit le rapport entre la puissance active et la puissance apparente dans les réseaux de courant alternatif et triphasés. Ici, les charges inductives et capacitives peuvent provoquer des décalages temporaires entre les pics de courant et de tension et donc, la puissance réactive et l´apparente. La puissance réactive n´est pas utilisée, mais elle suppose une charge pour les réseaux électriques et elle génère des coûts plus élevés. Plus le déphasage φ entre courant et tension est faible, plus la proportion de puissance réactive dans la puissance active est faible.

La puissance apparente, la puissance active et la puissance réactive peuvent être représentées dans le triangle de puissance comme étant les côtés d´un triangle rectangle. L´angle entre la puissance apparente et la puissance active montre le déphasage φ comme un angle entre 0° et 90°. Si on connaît un côté du triangle rectangle et un angle situé à l´hypoténuse, les côtés restants peuvent être calculés à partir de lui.

Si vous vous servez d´un mesureur de puissance moderne pour effectuer des mesures dans des systèmes électriques, vous pourrez lire et sauvegarder toutes les valeurs individuelles.

La puissance nominale et le déphasage sont spécifiés sur la plaque signalétique des moteurs électriques à courant alternatif.

Voici deux exemples :

Puissance apparente S = 1,0 kW / 0,75 = 1,33 kW Différence 0,33 kW

Puissance apparente S = 4.700 kW / 0,92 = 5.109,70 kW Différence 409,70 kW

Par conséquent, le facteur de puissance a un impact particulièrement important sur les appareils électriques de grande puissance. Lorsqu´un calcul ne peut pas être fait ou qu´il prend trop temps, vous pouvez déterminer le facteur de puissance au moyen d´un mesureur de puissance adapté. Le facteur de puissance défini comme cos φ fait référence à la fréquence fondamentale. C´est pourquoi, si des harmoniques se produisent dans le système, il peut s´écarter du rapport entre la puissance active et la puissance apparente.

Pour augmenter le facteur de puissance d´une machine ou d´un système électrique, il est possible de combiner des composants inductifs et capacitifs. Tandis que les éléments inductifs font en sorte que le pic de courant se produise plus tard, les capacitifs provoquent que le courant dépasse la tension. Si les deux éléments sont correctement combinés, l´alignement opposé conduit à l´annulation partielle ou totale du déphasage.

Lors de la planification et de la fabrication des moteurs électriques, des générateurs, des transformateurs et des machines électriques, il est possible de compenser les courants réactifs avec des composants supplémentaires. Cela permet d´atteindre des facteurs de puissance élevés. Or, vous pouvez augmenter le facteur de puissance avec des mesures ultérieures. Il est possible de déterminer le facteur de puissance actuel au moyen d´un mesureur de puissance. Une fois les mesures de compensation appliquées, vous pouvez réutiliser le mesureur de puissance afin de vérifier si les changements ont été faits.

La puissance réactive nécessaire et le cycle de travail moyen des charges sont des facteurs décisifs pour déterminer s´il faut utiliser un système de compensation fixe ou régulé. Avec une puissance réactive constante et un temps de connexion long, les systèmes de compensation permanente individuels ou collectifs sont généralement la solution la plus économique.

En principe, le prix de l´énergie fournie ne dépend pas de son utilisation ni du domaine dans lequel elle est utilisée. Par conséquent, l´énergie perdue coûte le même prix que l´énergie utilisée. Indépendamment du fait que le prix de l´énergie soit actuellement élevé ou bas, ou que des conditions standard ou spéciales soient appliquées, le gaspillage énergétique rend les biens et les services inutilement coûteux. Dans le cas des installations et des organisations publiques, le gaspillage énergétique augmente les coûts pour les utilisateurs et donc, pour les contribuables. Dans les foyers où chacun paye ses propres dépenses énergétiques, le gaspillage d´énergie fait augmenter le coût de la vie sans aucune valeur ajoutée réelle.

D´autre part, l´énorme augmentation de la consommation d´énergie partout dans le monde a aussi un impact négatif sur le climat et sur la disponibilité de ressources limitées. L´efficience énergétique signifie que l´énergie ne se gaspille pas, mais que la même quantité est obtenue avec un moindre apport énergétique. Il existe un potentiel d´amélioration dans de nombreux domaines. Grâce à un mesureur de puissance, vous pourrez mesurer la consommation actuelle de manière sélective et, à partir de là, déterminer le potentiel d´économie.

L´énergie est généralement proposée et facturée aux clients à un prix de base fixe par an ou par mois, et à un prix de l´énergie par kilowattheure basé sur la consommation. Même s´il est vrai que les grands consommateurs obtiennent généralement des conditions plus favorables, il est tout aussi probable que le gaspillage est économiquement viable pour eux. Avec le modèle inclusif, le prix convenu inclut les coûts de l´énergie, les taxes d´accès au réseau et tous les impôts et impositions. Avec le modèle exclusif, seul le prix de l´énergie est convenu, et tous les autres composants (taux de réseau, impôts et impositions) sont répercutés à parts égales.

Les fournisseurs d´énergie achètent à l´avance une partie de l´électricité qu´ils vont fournir directement aux producteurs d´électricité. Le reste est acheté à court terme sur la bourse de l´électricité. Les producteurs d´électricité peuvent vendre l´excès d´électricité générée sur la bourse de l´électricité à brève échéance. Cependant, ils peuvent aussi acheter de l´électricité si l´achat est plus favorable que sa propre production. Dans les entreprises ayant de grands besoins d´énergie, des plans sont élaborés pour garantir des coûts favorables de production et d´approvisionnement en électricité, qui tiennent compte des tarifs du réseau et de la sécurité de l´approvisionnement.

Les opérateurs de réseau sont responsables du dimensionnement et de la maintenance de leurs réseaux en fonction des besoins, d´une manière sûre, efficiente et économique. Sûre signifie que les causes techniques ne provoquent pas d´interruptions dans l´approvisionnement en énergie et que les personnes, les animaux et les biens immobiliers ne sont pas mis en danger. Efficiente signifie que les systèmes techniques doivent être planifiés et installés, et doivent fonctionner de façon à ce que les pertes d´énergie dans le réseau soient minimes. Économique signifie que les investissements supplémentaires techniquement complexes, comme les transformateurs ou les lignes électriques, ne s´installent que s´ils sont nécessaires pour l´approvisionnement.

Pour des opérations industrielles ou commerciales dont les besoins en électricité sont élevés, les sections transversales des lignes d´approvisionnement doivent être suffisamment grandes. Les entreprises qui optimisent leurs besoins énergétiques permettent aussi aux opérateurs du réseau de ne pas avoir à planifier ni à effectuer des extensions de réseau inutilement grandes. L´opérateur de réseau peut demander une subvention pour les coûts de la construction ou du renforcement des systèmes de distribution local du réseau à basse tension. Cependant, cette subvention ne peut pas couvrir plus de la moitié des coûts réellement nécessaires.

Que ce soit dans le secteur privé, commercial ou public, chacun devrait chercher à ne pas gaspiller l´énergie fournie. Certaines mesures visant à augmenter l´efficience énergétique reçoivent des subventions publiques, d´autres sont régies par des lois et des ordonnances. Afin de pouvoir décider quels changements permettent de plus grandes économies, vous pouvez vérifier la consommation d´énergie des systèmes et des appareils avec un mesureur de puissance.