5. composants et équipements pour la compensation de l

CYDESA 2007
5. COMPOSANTS ET ÉQUIPEMENTS
POUR
LA
COMPENSATION
DE
L’ÉNERGIE RÉACTIVE DANS LES
INSTALLATIONS AVEC HARMONIQUES
Autant dans les usines que dans les bureaux, il est de plus
en plus fréquent de rencontrer des récepteurs qui
déforment l’onde des courants absorbants, des courants
qui à leur tour, à cause d’une simple chute de tension,
arrivent à déformer la tension dans les barres, affectant
par conséquent tous les autres récepteurs de l’installation.
Ces ondes déformées se décomposent à l’analyse en un
composant fondamental à la fréquence du réseau et
d’harmoniques ou d’ondes à fréquence multiple du réseau.
Les récepteurs générateurs d’harmoniques les plus
fréquents sont les suivants :
- Les sources d’alimentation monophasées.
Propres des PC entre autres et qui génèrent des
harmoniques d’ordre 3, 5 et 7 essentiellement.
Les variateurs de fréquence pour la modulation
de la vitesse des moteurs asynchrones,
généralement à 6 impulsions et qui génèrent des
harmoniques d’ordre 5, 7, 11 et 13
essentiellement, et dont les ordres 5 et 7 sont les
plus importants.
Les systèmes d’alimentation ininterrompue
ou SAI qui, dans les cas à 6 impulsions,
génèrent
les
mêmes
harmoniques
précédemment mentionnées.
189 Hz pour une fréquence de réseau de 50 Hz et de 227
Hz pour une fréquence de 60 Hz).
ce qui équivaut à un facteur de résonance :
hr =
fr
= 3,78
fN
et à un facteur de réactance :
100
= 7%
hr2
5.1 Comment savoir s’il est nécessaire
d’installer un équipement avec des filtres ?
p=
Lors de la conception ou du choix d’un équipement ou
d’une batterie de condensateurs, il est indispensable de
tenir compte du besoin d’intégrer des ballasts pour les
filtres à harmoniques. Cydesa propose deux possibilités :
Utiliser le programme CYDESA PFC qui calcule
les tensions et les distorsions harmoniques à
l’aide de quelques données de base
Utiliser le graphique représenté ci-dessous
Les deux procédures répondent à la question posée.
En résumé, les harmoniques caractéristiques mentionnées
sont celles d’ordre 3, 5, 7, 11 et 13 et les plus
significatives d’entre elles sont celles d’ordre :
3 et 5
5 et 7
Dans les bureaux
dans les usines
Les batteries de condensateurs sont l’un des éléments les
plus sensibles aux harmoniques, les absorbant facilement,
provoquant leur amplification et pouvant conduire à des
problèmes de résonance.
Pour éviter les inconvénients indiqués, dans la plupart des
cas il est nécessaire de connecter en série les
condensateurs
à
ballasts
aux
caractéristiques
appropriées, et de disposer d’un filtre à harmoniques.
Fig.5.1-1 Méthode de détermination pour savoir si des
filtres sont nécessaires dans une installation.
QC
ST
SCON
Dans les installations avec présence d’harmoniques, il est
généralement prévu de compenser l’énergie réactive pour
éviter l’amplification des harmoniques et bien sûr des
problèmes de résonance. Dans ces cas-là, des
équipements seront installés avec des filtres de rejet ou à
basse syntonisation (fréquence de syntonisation L-C de
=
=
=
Puissance de la batterie (kvar)
Puissance du transformateur (kVA)
Puissance des récepteurs générateurs
d’harmoniques (kVA)
En dessous de la ligne au tracé continu de la Fig. 5.1-1, il
est possible d’installer une batterie conventionnelle, dont
les condensateurs sont à la tension du réseau. Entre cette
ligne et la ligne pointillée, il est recommandé d’utiliser des
équipements avec des condensateurs renforcés (4.5),
pour qu’ils supportent mieux une éventuelle surcharge.
Au-dessus de la ligne pointillée, il est nécessaire de
recourir à des équipements avec des filtres de rejet.
Enfin, pour les valeurs Scon/ST supérieures aux 50 %
recommandés, nous consulter car d’autres types de filtre
pourraient convenir.
CYDESA 2007
Exemple 5.1-1
Installation avec un transfo de 1000 kVA de puissance des
condensateurs pour la compensation de 300 kvar.
Il existe des modulateurs de vitesse de 150 kVA de
puissance totale.
QC
300
%=
⋅ 100 = 30%
ST
1000
S CON
150
%=
⋅ 100 = 15%
1000
ST
Cela nous situerait au point 1 de la Fig. 5.1-1, c’est-à-dire
juste à la limite, et par conséquent, il serait possible
d’installer une batterie de condensateurs renforcés (voir
4.6) ou un équipement avec des filtres de rejet (voir 5.6 5.8)
Néanmoins, compte-tenu de la situation en limite, il est
recommandé d’installer un équipement avec filtres.
Exemple 5.1-2
Il s’agit du cas précédent, mais avec 500 kvar de
puissance des condensateurs.
QC
500
=
⋅ 100 = 50%
S T 1000
FD =
∑ (3
2
+ 10 2 + 2 2 )
230
x 100 = 4,6%
Habituellement, le facteur de distorsion ne dépasse les 5
% dans des installations industrielles. Des valeurs
supérieures doivent entraîner des mesures de protection,
notamment en ce qui concerne la batterie de
condensateurs (5.1).
Pour en savoir plus, consulter notre programme de calcul
CYDESA PFC.
5.3 La résonance
Elle constitue un phénomène très connu, autant en
électricité qu’en mécanique, et ce n’est pas autre chose
qu’une amplification importante d’une magnitude
particulière.
Dans une installation électrique où il existe un
transformateur et une batterie de condensateurs, il se
produit une résonance parallèle induite par
hr =
S CON
= 15%
ST
100 ⋅ S T
uk ⋅ Q
Dont:
ST = puissance du transfo (kVA)
uk = tension du CC du transfo (%)
Q = puissance de la batterie (kvar)
hr = harmonique en résonance
Pour l’exemple 5.1-1, en supposant uk = 6 % (valeur
standard), le calcul serait :
Dans ce cas, nous sommes situés au point 2 et par
conséquent, il est nécessaire d’utiliser un équipement
avec des filtres de rejet.
Il convient de signaler que l’observation de la Fig. 5.1-1 ne
fournit qu’un critère orientatif pour la sélection de
l’équipement le plus adéquat. Pour un calcul plus précis,
nous recommandons d’utiliser le programme de calcul
CYDESA PFC ou bien de consulter notre département
technique.
5.2 La distorsion harmonique
C’est un paramètre qui permet de calculer le contenu des
harmoniques de courant ou de tension (FD ou THD). La
formule la plus utilisée est la suivante :
∞
FD =
Ainsi par exemple, si les harmoniques suivantes sont
mesurées dans la tension simple du réseau U1 = 230 V,
U3 = 3 V, V5 = 10 V et V7 = 2 V, le calcul serait le suivant :
∑X
2
X1
2
h
x100
Dont :
Xh = Valeur efficace de l’harmonique d’ordre h
X1 = Valeur efficace de la fondamentale
hr =
100x1000
= 7,4
6x300
c’est-à-dire que l’harmonique en résonance est éloignée
du 5e harmonique qui est le plus important, mais très
proche du 7e, par conséquent il est conseillé d’installer
une batterie avec des filtres.
Pour l’exemple 5.1-2, en supposant uk = 6 %, le calcul
serait :
hr =
100x1000
= 5,7
6x500
une fréquence trop proche de l’harmonique caractéristique
d’ordre 5. Par conséquent, il est recommandé d’installer
un équipement avec des filtres.
Comme règle générale, la fréquence de résonance doit
être suffisamment éloignée des harmoniques présentes
dans le réseau d’une valeur appréciable.