Contrôle des techniques harmoniques

La première technique utilisée dans l’industrie pour contrôler les problèmes liés aux harmoniques impliquait l’utilisation intensive de filtres à accord unique pour fournir un chemin à faible impédance pour les courants harmoniques. Il est intéressant de noter que dans une industrie fonctionnant sans filtres harmoniques, il n’est pas difficile de trouver des charges qui produisent des harmoniques dans la gamme des mégavolts à ampères. Il s’agit d’une question difficile à contrôler pour les entreprises de services publics, car les normes existantes constituent souvent davantage un guide de référence qu’une déclaration réglementaire pour l’industrie.

Les grands générateurs d'harmoniques sont souvent les seuls fabricants du secteur industriel à adopter des méthodes de filtrage des harmoniques pour réduire les multiples distorsions qui peuvent se produire au-delà du point de mesure en cas de problème, commençant à affecter les équipements et processus sensibles. En raison de son coût élevé, cette méthode n’est pas une pratique courante dans les installations commerciales et résidentielles.

Les courants harmoniques non filtrés peuvent se propager librement en amont et en aval du PCC, conformément aux lois de propagation naturelle. Ils peuvent atteindre les installations adjacentes et parfois même se rendre jusqu'au poste auxiliaire.

Il est courant de voir les services publics et les clients producteurs de courant harmonique dans une recherche constante de méthodes alternatives pour traiter et, espérons-le, surmonter les niveaux croissants de distorsion harmonique.

Par exemple, les transformateurs d'application spéciaux qui sont connectés à des variateurs de fréquence (VFD) et donc fortement exposés à la chaleur extrême du courant harmonique sont souvent spécifiés comme des conceptions spéciales de transformateurs à facteur K. Ces types spéciaux de structures de transformateur empêchent le transformateur de fonctionner en dessous des valeurs nominales. Les transformateurs de type K sont fondamentalement conçus avec des enroulements améliorés et des noyaux en fer à faible perte qui réduisent la quantité de chaleur supplémentaire produite par les courants harmoniques.

Notez que les courants harmoniques du côté source du convertisseur ne sont en aucun cas contrôlés ou supprimés dans les enroulements. Une certaine annulation des harmoniques peut se produire, par exemple, dans les transformateurs déphaseurs qui fournissent un décalage de 30° entre deux convertisseurs à 6 impulsions. L'un est alimenté par les enroulements secondaires du transformateur connectés en triangle et l'autre par les enroulements secondaires connectés en étoile.

Cet article technique décrit certaines techniques utilisées dans l'industrie pour contrôler le flux de courants harmoniques produits par des charges non linéaires dans les systèmes électriques. Les six suivants sont les plus pertinents pour le sujet :

Restructuration du réseau

Augmentation du rapport de courant de court-circuit

Convertisseurs de puissance multi-impulsions statiques avec transformateurs déphaseurs

Réacteurs séquentiels

Équilibrage de charge de phase

Déséquilibre de tension de phase

Effets d'une tension de phase déséquilibrée

Regroupement de charge

1. Reconfiguration de la topologie du réseau

Une mesure souvent utile pour réduire l’effet des harmoniques non filtrées est de restructurer le réseau. Dans cette application, il est nécessaire d'identifier les utilisateurs et les secteurs de l'installation qui introduisent de grandes quantités de courant harmonique dans le système et de caractériser leur contenu fréquentiel.

Comme c'est souvent le cas dans les installations résidentielles, la redistribution des charges via le même câblage ou des circuits supplémentaires peut fournir une solution économique pour réduire considérablement les défauts.

Tout comme pour l’équilibrage des charges monophasées dans les systèmes triphasés, il est utile de répartir les charges non linéaires les plus importantes entre différents distributeurs. Cette mesure réduira les chutes de tension excessives causées par les courants harmoniques qui seraient autrement transportés par un seul chemin.

Si les filtres harmoniques ne sont pas une option à considérer, le mélange de charges linéaires et non linéaires sur un feeder peut permettre de réduire la distorsion harmonique car les charges linéaires agissent comme des atténuateurs naturels des pics de résonance parallèles. Cette précaution ne doit pas être prise en compte lorsque des charges linéaires, des composants électroniques sensibles ou des processus industriels sont impliqués et peuvent être interrompus par une légère augmentation du THD.

2. Augmentation de la rigidité du mode d'offre

L'augmentation du rapport entre le courant de court-circuit disponible et le courant de charge nominal crée un nœud d'alimentation plus puissant. Cela se produit lorsque les compagnies d’électricité augmentent la taille de leurs sous-stations. Cela se produit également lorsque les clients industriels ajoutent de la cogénération au bus d’approvisionnement pour aider à fonctionner pendant les périodes de pointe de la demande.

Les sources de courant alternatif dur augmentent le courant de court-circuit disponible, le rapport entre les courants de court-circuit et de charge étant souvent utilisé comme mesure de la dureté de la source. Les nœuds d'alimentation puissants peuvent être mieux absorbés dans le réseau et atténuer les effets des courants soudains et importants du transformateur, de la mise sous tension des câbles et du démarrage de charges de moteur importantes.

Il en va de même pour les courants harmoniques atteignant le poste de transformation. Cela est dû au fait que l'impédance plus faible d'une source solide produit des chutes de tension plus faibles non seulement pour l'état stable mais également pour les courants de fréquence plus élevée.

Les courants de court-circuit élevés sont alors associés à des sources de faible impédance qui, à leur tour,