6 techniques pour contrôler HarmoniqueDistorsion

Les harmoniques, qui sont des courants ou des tensions à des multiples des fréquences fondamentales du réseau électrique, proviennent de sources non-Charge linéaireVoici six techniques pour gérer et réduire efficacement la distorsion harmonique, en mettant l'accent sur la manière dont les produits d'Intone Power peuvent être intégrés à ces solutions :

1. Reconfiguration du réseau

La reconfiguration du réseau est l'une des mesures permettant de réduire les harmoniques. Ce processus commence par l'identification des utilisateurs ou des secteurs qui génèrent une quantité importante de courant harmonique sur le réseau électrique et leur catégorisation selon les caractéristiques de leur contenu fréquentiel.

Supposons que l'utilisation de filtres harmoniques ne soit pas envisagée. Dans ce cas, le mélange de charges électriques linéaires et non linéaires sur la ligne d'alimentation peut réduire la distorsion harmonique, car la charge linéaire agit comme un atténuateur naturel contrôlant les pics parallèles de la résonance.

Les principaux objectifs de la reconfiguration du réseau comprennent :

•Minimiser les pertes de puissance du réseau

•Minimiser le réseau Boîtier de tension lors de la commutation ou en cas de défaut

•Minimisation de la distorsion harmonique de la tension nodale

•Minimiser le déséquilibre du système

La technique de l'échange de succursales est utilisée lors de la reconfiguration du réseau. Il s'agit d'une technique de conception dans laquelle une branche de liaison non alimentée est introduite dans le réseau électrique. Ceci est démontré dans la figure 1 ci-dessous.

Figure 1. Diagramme de configuration avant et après.Image utilisée avec l'aimable autorisation de Simon Mugo

L'alimentation vers le nœud n circulait via le chemin pqr auparavant et après la configuration, le chemin d'alimentation devient le chemin pst. l'avantage de cette technique est le maintien automatique de la configuration radiale et aucun calcul n'est requis pour atteindre cet objectif.

2. Augmenter la rigidité du mode d'alimentation

L'augmentation du rapport entre le court-circuit actuel et les courants de charge nominaux signifie un nœud d'alimentation électrique plus important. Cela est courant lorsque les fournisseurs d’électricité augmentent la taille de leurs sous-stations électriques. Cela se produit également lorsque de gros consommateurs d'énergie, comme des clients industriels, ajoutent d'autres cogénérations de soutien sur le bus d'alimentation principal pour améliorer la demande de pointe pendant les opérations.

Le rapport entre le court-circuit et le courant de charge nous donne la rigidité de la source du système électrique. Une alimentation CA rigide augmente les risques de présence de courant de court-circuit.

Avec un nœud d'alimentation puissant, soyez assuré que vous avez de meilleures chances d'absorber les perturbations transitoires présentes dans le réseau et d'aider à atténuer les effets des courants d'appel importants du transformateur, de l'alimentation des câbles et du démarrage des charges moteur importantes.

Avec des courants de court-circuit élevés, attendez-vous à des sources à faible impédance, qui à leur tour sont fonction inverse de la taille du transformateur. Nous pouvons illustrer cela en calculant le changement d'impédance lorsqu'un ancien MVA1 usé, classé par transformateur, est remplacé par un nouveau MVA2, classé par transformateur.

En utilisant l'expression fondamentale de l'impédance du transformateur

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On se retrouve avec

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En supposant que tous les paramètres de l’équation sont identiques, l’équation ci-dessus se réduit à :

.

Cette équation nous donne le rapport d'impédance de la variation du nouveau transformateur par rapport à l'ancien transformateur. Par exemple, un transformateur de 60 MVA donnera une impédance deux fois plus petite qu'un transformateur de 30 MVA et augmentera le court-circuit du double, l'hypothèse étant que les deux transformateurs souffrent du même problème de courant de fuite.

A la fréquence harmonique, les impédances capacitives et inductives du système électrique varient en fonction de la fonction de fréquence.

Pour la charge inductive

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Pour la charge capacitive

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Les composants inductifs du système électrique sont principalement affectés par une source d’alimentation plus rigide. Les courants harmoniques génèrent une chute de tension qui est affectée par la réactance inductive du système, constitué du départ et des composants de la sous-station.

Pour les alimentations courtes, la composante dominante est l'impédance de la source. Dans de telles situations, attendez-vous à ce que des courants harmoniques atteignent la sous-station du système, créant ainsi une distorsion harmonique. Avec des systèmes plus rigides, attendez-vous à une distorsion harmonique plus faible.

3. Ajout de convertisseurs multi-impulsions pour l'annulation des harmoniques

Ici, nous pouvons utiliser des redresseurs demi-onde et pleine onde. Pour le redressement demi-onde, il produit la sortie CC qui sature un transformateur, et cela peut être limité par l'utilisation d'un redressement pleine onde.

Le convertisseur polyphasé à six impulsions est le modèle le plus simple. Le convertisseur à douze impulsions permet d'éliminer les harmoniques de rang inférieur, c'est-à-dire les harmoniques de rang 5 et 7.

La figure 2 ci-dessous est une connexion de convertisseur d'impulsions.

Figure 2. Connexions du convertisseur d'impulsions.Image utilisée avec l'aimable autorisation de Simon Mugo

Pour réduire les autres courants harmoniques, on effectue une multiplication de phase. Par exemple, un redresseur à 24 impulsions est constitué de quatre ponts redresseurs double alternance à six impulsions, chacun présentant un déphasage de 15 degrés par rapport aux autres redresseurs. Ceci est rendu possible grâce à l'utilisation de transformateurs déphaseurs qui isolent les enroulements supplémentaires connectés en zigzag. Voir la figure 3 ci-dessous.

Figure 3. Connexion du convertisseur d'impulsions.Image utilisée avec l'aimable autorisation de Simon Mugo

Voir les conditions suivantes pour l'élimination des harmoniques à l'aide d'un redresseur à six impulsions :

•Les transformateurs utilisés dans le raccordement ont les mêmes impédances de fuite et le même rapport de transformation.

•La charge est répartie en parts égales entre les convertisseurs disponibles.

•Tous les convertisseurs ont des angles d'allumage similaires

•La différence de phase entre les transformateurs est de 60/N degrés, où N est le nombre de sections

L'équation de la réduction harmonique caractéristique peut s'écrire sous la forme

h=kilos±1

où

h est l'ordre harmonique du système, N est le nombre disponible du redresseur à six impulsions, q est 6 × N et K est un nombre entier donné par 1,2,3,…..,n

4. Réacteurs en série

Dans les industries, les réacteurs en série sont intégrés depuis longtemps à la maîtrise des courts-circuits. Ils sont utilisés dans les fonderies, les sous-stations électriques et les aciéries. Parfois dans les industries, les réacteurs série sont parfaitement utilisés pour atténuer les harmoniques.

Les formes d'onde de courant non linéaires présentent une distorsion harmonique. L'introduction de selfs de ligne limite le nombre de courants d'appel circulant dans les redresseurs d'entraînement. Cela réduit le courant de crête, arrondit la forme d'onde et minimise la distorsion harmonique. la distorsion du courant est réduite à environ 30 %. Si la distorsion du courant est importante, elle déforme également la tension d'alimentation du système. Si le système draine trop de courant harmonique, cela provoque un aplatissement de la forme d'onde de la tension. L'introduction d'un réacteur est un moyen de contrôler la composition du courant, et ainsi de réduire la distorsion harmonique se produisant sur la tension. Voir la figure 4 ci-dessous.

Figure 4. Système de transmission compensé en série et en parallèle.Image utilisée avec l'aimable autorisation deTravaux Mathématiques

5. Équilibrage des phases

Les variations des charges électriques monophasées peuvent entraîner un déséquilibre de courant dans les conducteurs triphasés, créant une chute de tension différente, ce qui induit une tension entre phases déséquilibrée.

Cette tension entre phases déséquilibrée est dangereuse pour le réseau de distribution, en particulier lorsque les mesures de compensation de la tension parasite sont insuffisantes. Un système parfaitement équilibré est difficile à atteindre mais essayez toujours d'équilibrer au mieux les phases, qui réduisent les harmoniques.

Déséquilibre de tension de phase

Pour déterminer le déséquilibre de tension le plus efficacement possible, il faut savoir comment le calculer.

Commencez par calculer l’écart à l’aide de la formule ci-dessous :

.

Si le système fonctionne en phase déséquilibrée, les événements suivants se produiront :

•Surchauffe des câbles due à des courants de ligne déséquilibrés.

•Absence de protection des disjoncteurs MCB, MCCB, fusibles, etc.

•Défauts dans les câbles souterrains.

L'équilibrage des phases conduit à une répartition uniforme de la charge sur les lignes électriques triphasées du système. Si le système est déséquilibré, le condensateur d'alimentation sera mal utilisé pour répondre à la demande de charge future du système. Avec un bon équilibrage du courant, la contrainte de courant supplémentaire sur la ligne ou la phase surchargée sera supprimée et placée sur la ligne ou la phase sous-chargée, créant ainsi de la place pour la demande future. L'équilibrage des phases améliore également la capacité d'alimentation et la qualité de la tension du système et réduit les pertes. Voir la figure 5 ci-dessous, un schéma pour une alimentation triphasée équilibrée de base.

Figure 5. Puissance triphasée équilibrée de base.Image utilisée avec l'aimable autorisation de Simon Mugo

6. Regroupement de charges

De nombreux réseaux électriques peuvent comporter des charges non linéaires présentant des spectres d'harmoniques différents. Le regroupement de ces charges en classes selon leur spectre harmonique similaire permet d'optimiser l'emplacement, l'installation, le dimensionnement et le choix des filtres harmoniques.

Plusieurs types de charges électriques peuvent coexister dans un réseau : résistives, inductives et capacitives, chacune contribuant à différents niveaux d'introduction d'harmoniques dans le système. Ces charges sont utilisées dans divers secteurs. Les charges domestiques ou résidentielles consomment une puissance modérée. Les charges commerciales, industrielles et municipales constituent d'autres domaines d'utilisation de l'électricité. Chacun de ces secteurs consomme de l'énergie présentant différents niveaux d'harmoniques et peut être classé afin de limiter la propagation des harmoniques d'un secteur à l'autre.

Nous avons différentes charges consommant différents types de tensions. Certains consomment 208 V, d'autres 120 V, certains 240 V, etc., et il faut bien regrouper ces charges. Voir le système de consommation de tension dans la figure 6 ci-dessous, qui a une charge de puissance différente.

Figure 6. Système triphasé 120/240 V à 4 fils, à couplage delta ouvert.Image utilisée avec l'aimable autorisation de Simon Mugo

Points à retenir de la réduction des harmoniques

L'article présente les six techniques que les ingénieurs peuvent utiliser pour minimiser les harmoniques dans les systèmes électriques. Ils comprennent :

•La reconfiguration du réseau permet de réduire les harmoniques ; il s’agit du processus qui consiste à identifier et à catégoriser les utilisateurs produisant des harmoniques importantes en fonction du type d’harmoniques qu’ils produisent.

•Une rigidité accrue du réseau électrique se traduit par une alimentation plus robuste, ce qui correspond au rapport entre le courant de court-circuit et le courant de charge. Plus le réseau alternatif est rigide, plus la disponibilité en cas de court-circuit est probable.

•L'ajout de convertisseurs multipulses pour l'annulation des harmoniques, grâce à l'utilisation de convertisseurs demi-onde et pleine onde, contribue à éliminer ces harmoniques. Le convertisseur polyphasé hexapulsé est le plus courant.

•Les réacteurs en série minimisent les harmoniques dans les fonderies et les aciéries.

•L'équilibrage de phase est une autre méthode permettant de minimiser les harmoniques. N'oubliez pas qu'un déséquilibre de phase est une source d'harmoniques.

•Le regroupement des charges consiste à placer ensemble des charges similaires. Les systèmes électriques comportent des charges non linéaires présentant des spectres différents ; leur regroupement facilite la sélection et le dimensionnement des filtres harmoniques.