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Perturbations électriques - Les solutions aux harmoniques

6°  LES SOLUTIONS

Précisons tout d'abord que la majorité de la pollution harmonique en milieu industriel est dû aux condensateurs qui créent un phénomène de résonance. On retrouvera donc souvent des harmoniques sur les réseaux compensés via des batteries de condensateurs. Il est donc important de s'en prémunir en choisissant des batteries à condensateurs renforcés ou muni d'un filtre de rejet ou à basse syntonisation si le THD est supérieur aux limites définies par le fabricant du matériel. Fréquence de syntonisation de 189 Hz pour une fréquence de 50Hz et 227Hz pour un réseau de 60Hz. Ce qui correspond à un facteur de résonance de 3,78 et un facteur de réactance de 7%.

L'impédance

Il est très important de comprendre comment l'impédance évolue dans le temps en fonction des récepteurs pour comprendre les solutions qui sont proposées pour "parer" les harmoniques. Dans les générateurs (alternateurs etc..), transformateurs l'impédance évolue en fonction de la fréquence de manière plus ou moins grande. L'impédance d'un alternateur sera par exemple beaucoup plus grande que celle d'un transformateur à fréquence égale dès que l'on dépasse les 50Hz. Un onduleur à modulation de largeurs d'impulsion (MLI) aura quasiment tout le temps la même impédance et ce, quelque soit la fréquence.

On peut dire (de façon grossière) que l'impédance d'un réseau est égale à la réactance. Les réactances du réseau sont bien sur dépendantes de l'inductance et de la fréquence de ledit réseau.

Le facteur de résonance

Le deuxième point pour tout comprendre est la résonance. Dans un système ou se trouve des éléments inductifs et capacitifs vu que l'impédance d'une inductance augmente avec la fréquence et que celle d'un condensateur diminue, il arrivera une fréquence ou les deux valeurs seront égales, et c'est là que l'on trouve le facteur de résonance.

Les impédances des charges capacitives et inductives entrainent des valeurs extrêmes du facteur de résonance. Le taux de résonance agissant également sur les tensions et courant du réseau, il est très important de s'en méfier lors du calcul d'une solution pour remédier aux harmoniques et même pour les batteries de condensateurs.

Comme nous l'avons vu, la résonance se crée en particulier lorsque l'on associe condensateurs et bobines, il faut donc bien dimensionner une batterie de condensateurs pour que la fréquence de résonance s'éloigne le plus possible de 150, 250 et 350 Hz correspondant aux fréquences des harmoniques de rang 3, 5 et 7.

Avant les filtres :

Après ce petit aparté et avant de parler de filtre pour "parer" les harmoniques qui ne sont pas cadeaux (étude + installation + vérification), il existe des solutions "simples" permettant de lutter contre les harmoniques en dépensant moins d'argent :
  • La séparation de l'alimentation: Si une grosse charge linéaire est identifiée, on peut tout simplement l'isolé derrière un transformateur. Les transformateurs ayant la capacité de supprimer certaines harmoniques (transformateurs HT/BT étoile – zig zag et triangle - étoile).
  • Ajouter des bobines sur l'alimentation des "pollueurs" (variateurs de vitesse, onduleurs, gradateurs à angle de phase etc...) L'impédance d'une bobine augmentant avec la fréquence, on réduit donc l'amplitude des harmoniques. On les appelle généralement les inductances de ligne. A noter que sur les batteries de condensateurs, ces mêmes inductances sont placées en parallèle des condensateurs. On parle dans ce cas d'inductance anti-harmonique.
  • Équilibrer les charges "non-linéaires" sur les différents transformateurs de l'installation afin de ne pas se retrouver avec un réseau plein d'harmoniques et l'autre sans une harmonique.
  • Connecter les charges "non-linéaires" sur les sources ayant l'impédance la plus faible. Quand l'impédance de la source est basse, la puissance de court-circuit est importante et donc, réduit les effets des harmoniques.
Le filtre passif dit  "résonant"

C'est tout simplement un circuit composé d'un condensateur et d'une inductance en série (filtre LC). Son but est de créer une fréquence de résonance égale à la fréquence de l'harmonique contre laquelle il est censé "lutter". Il faut donc en premier lieu identifier les harmoniques gênantes et dimensionner le filtre en fonction de çà. Ainsi, il est possible de se retrouver avec un ensemble de filtres si l'on a plusieurs harmoniques à  éliminer. Ce filtre présentant une impédance basse, le courant harmonique va donc vers lui plutôt que vers le réseau ou l'impédance est plus grande. Ce filtre, de part son condensateur participe également, dans une certaine mesure à la compensation de l'énergie réactive. Attention tout de même lors du dimensionnement, on sait que les impédances des charges capacitives et inductives entrainent de la résonance, attention donc à prendre ce critère en compte.

Le filtre passif dit "amorti"

Comme le premier, sa base est un circuit LC sauf qu'on lui ajoute une résistance en parallèle. Il est donc capable d'atténuer plusieurs harmoniques en même temps. Ceci dit, le filtre résonant supprime pratiquement l'harmonique pour laquelle il a été calculé, le filtre amorti atténue seulement plusieurs harmoniques. Donc, là aussi en fonction de l'installation, il faut faire un choix entre filtre résonant et filtre amorti.

Le filtre actif

C'est comme on pourrait dire "le must du must" remarque son prix et sa mise en œuvre s'en ressente. Ils sont appelés comme çà car composé de composants dit "actif" comme les amplificateurs opérationnels, transistors, thyristors etc...  Plus vulgairement, il reprend la constitution d'un convertisseur modifié. Il analyse le réseau sur lequel il est branché. Il analyse notamment le rang des harmoniques et leurs amplitudes. D'après ces données, il génère des harmoniques de même rang et amplitude mais en opposition de phase pour "contrer" les harmoniques produites par les récepteurs "non linéaires".
De cette façon, le courant est de nouveau quasi sinusoïdal et l'on a donc plus de problème d'harmoniques. Ce filtre gère, pour les plus puissants jusqu'à environ 20 harmoniques simultanément allant du rang 2 au rang 60 voir plus.

Le gros problème de ces filtres est qu'ils ne sont pas prévus pour les gros réseaux BT ni pour les réseaux HT. On sera donc obliger de les multiplier en cas de très grosse installation en BT.



 

 

Date de création : 09/11/2009 - 19:53
Dernière modification : 11/11/2009 - 09:16
Catégorie : Perturbations électriques
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