Sommaire des ressources pédagogiques :

• Dossiers techniques du bac STI Génie électrique 2005 à 2010

• Des aides pour la formation aux Risques Professionnels d'Origine Electrique.

• Cahier des charges inter-académiques NANCY-METZ ** REIMS ** STRASBOURG pour le thème de BTS.

• Réflexion sur la qualité de l'énergie électrique - Les harmoniques.

• Exemple de structure d'un carnet d'habilitation.

REFLEXION SUR LA QUALITE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE

LES HARMONIQUES

par Jean Paul DREXLER, Lycée H.LORITZ NANCY

j-p.drexler@ac-nancy-metz.fr

REALITE

La qualité de l’énergie électrique impose des contraintes qui vont de la forme d’onde du courant ou de la tension (valeur maximale, fréquence) jusqu'à la disponibilité de cette énergie.

Le non respect de cette qualité entraîne des effets perturbateurs dans le fonctionnement des récepteurs sensibles.

Certains effets sont effectivement visibles très rapidement et ne demandent pas de longues investigations.

Prenons comme exemple le flicker ou la baisse de tension lors du démarrage d’un moteur ou de l’enclenchement de condensateurs.

En revanche les effets des harmoniques sont à long terme (effet cumulatif, mal localisé) souvent confondus avec la durée de vie (MTBF) des produits.

Les harmoniques sont de plus en plus reconnus comme origine des perturbations et sont couverts par la directive CEM de la commission européenne.

EFFETS DIFFERES

• L’échauffement des câbles.
• Le vieillissement des isolants.
• Les pertes supplémentaires dans les transformateurs ( pertes joule, pertes Fer).
• L’échauffement des bobinages des machines synchrones et leurs comportements en moteurs synchrones.
• L’altération du couple moteur des machines asynchrones.
• Le vieillissement prématuré des condensateurs de rephasage.
• Les imprécisions des mesures de puissance.

PROPAGATION

Les tensions et les courants harmoniques injectés sur un réseau se propagent par l’intermédiaire des lignes et des transformateurs. L’impédance des éléments du réseau conditionne la propagation des perturbations.

Certaines entreprises sont équipées de groupes électrogènes. Il s’ensuit une modification importante de l’impédance harmonique et la création de résonances.

GENERATION

Deux possibilités de production des harmoniques :

*Emission en tension :

Elle est due aux imperfections de construction des bobinages. Les groupes électrogènes de petite puissance auraient le taux de distorsion en tension le plus élevé (THDR @ 6%).

Les transformateurs peuvent être générateurs de tensions harmoniques lorsqu’ils sont en régime saturé (THDR @ 2%).

Les alimentations statiques ininterruptibles à cause de la puissance de court circuit disponible en aval, et de la qualité de la sinusoïde produite peuvent créer des tensions harmoniques .

*Emission en courant :

Les charges non linéaires consomment un courant qui n’est pas sinusoïdal. On distingue sept types de charges perturbatrices.

• Le redressement monophasé à filtre capacitif.
• Le gradateur monophasé.
• Le redressement triphasé à thyristors.
• Le redressement triphasé à diodes et filtre capacitif.
• Les moteurs asynchrones.
• Les lampes à décharge.
• Les appareils à arc électrique

Remarquons que des effets directs existent, les exemples les plus remarquables sont l’influence sur les batteries de condensateurs, la surcharge du fil neutre et les dégradations mécaniques dues aux phénomènes de résonance.

REMEDES

Deux types de solutions existent :

L’électrotechnique classique

• Surdimensionnement ou déclassement de l’installation.
• Transformateur à couplage spéciaux.
• Inductances série.
• Filtres passifs accordés sur la fréquence à éliminer (création de résonance et d’antirésonance)

Le filtrage actif

• Compensateur série (injection d’une tension).
• Compensateurs parallèles.

Deux idées sont concurrentes, soit compenser par injection de courants harmoniques calculés par une FFT, soit présenter une source de tension parfaite au rang à éliminer. La différence de choix se fera sur la durée et l’amplitude des fluctuation des valeurs efficaces des différents harmoniques.

• Compensateur hybride

Ce type de filtre hybride permet d’optimiser le calcul de la FFT (Fast Fourier transform).

AVENIR

Une des grandes causes de la pollution du réseau de distribution est le nombre important d’appareils de classe D (Ordinateur personnel et périphérique, chaîne hi-fi, répondeur téléphonique, micro onde, appareillage ménager, chauffage électrique, éclairage d’ambiance, climatiseur, alimentation ininterruptible) . Une norme produit devrait apparaître. Le coût d’un filtre ne dépasserait pas 20 à 30% du prix de l’alimentation du produit.

EFFETS PERVERS

A cause des puissances installées, la charge des batteries des voitures électriques pourrait à long terme représenter une source de pollution harmonique.

L’éclairage à haut rendement, les systèmes de sécurité incendie ou l’éclairage de secours largement recommandé produisent des harmoniques car fondé sur la conversion alternatif continu à redressement et filtrage par capacité en tête.

CONCLUSIONS

Soyons concrets

Un utilisateur qui après avoir installer une machine serait dans le cas d’un dépassement harmonique n’aurait que deux alternatives : filtrer ou augmenter sa puissance de court-circuit au point de raccordement.

La lutte contre les harmoniques ne peut s’entendre qu’avec un optimum technico-économique.

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