Les problèmes d’harmoniques sont des problèmes courants de qualité de l’énergie dans les systèmes électriques. Ils affectent non seulement le fonctionnement normal des équipements, mais peuvent également entraîner un gaspillage d’énergie et des dommages aux équipements. L’approche la plus simple de l’atténuation des harmoniques implique les étapes suivantes :
I. Comprendre les causes de la génération d'harmoniques
Les harmoniques sont principalement générées par des charges non linéaires telles que les variateurs de fréquence (VFD), les alimentations sans coupure (UPS), l'éclairage LED, les ordinateurs et autres équipements électroniques. Ces appareils produisent des courants non-sinusoïdaux pendant le fonctionnement, introduisant ainsi des harmoniques dans le réseau électrique. Les ordres harmoniques courants incluent les 3e, 5e, 7e et autres harmoniques impaires -.
II. Méthodes d'atténuation des harmoniques les plus simples
1. Augmenter la capacité de court-circuit-du système
L'amélioration de la capacité de court-circuit-du système réduit les taux de distorsion harmonique de tension. Ceci peut être réalisé en sélectionnant des transformateurs plus grands ou en raccourcissant les distances d’alimentation. Bien que simple, cette méthode est limitée par les conditions réelles du réseau.
2. Répartir de manière optimale les charges non linéaires
Répartissez les charges non linéaires uniformément sur les trois phases, en évitant de vous concentrer sur une seule phase. Cette approche ne nécessite aucun équipement supplémentaire ; une atténuation efficace des effets de troisième-harmonique est obtenue grâce à une répartition équilibrée de la charge lors de la conception de la distribution.
3. Utiliser des dispositifs de suppression d'harmoniques
● Filtres passifs (filtres LC) : la solution de suppression d'harmoniques la plus simple et la plus économique. Composés d'inductances et de condensateurs, ces filtres sont conçus pour des fréquences harmoniques spécifiques afin de les absorber efficacement. Par exemple, un filtre 250 Hz peut être conçu pour supprimer la 5ème harmonique.
● Filtres actifs (APF) : Bien que plus coûteux, ils offrent une installation simple et une efficacité significative. Ils éliminent les harmoniques en détectant en permanence les courants harmoniques et en générant des courants de contre--compensation, ce qui les rend adaptés aux scénarios avec plusieurs harmoniques simultanées.
4. Sélection d'un équipement à faibles-harmoniques
Lors de l'achat de nouveaux équipements, donnez la priorité aux produits étiquetés avec des caractéristiques « à faibles harmoniques » ou « suppression des harmoniques ». Un tel équipement intègre généralement des mesures telles que la PFC (Power Factor Correction) en interne, réduisant ainsi la génération d'harmoniques à la source.
III. Recommandations pratiques
1. Donner la priorité au traitement des sources d'harmoniques primaires
Identifiez les sources d'harmoniques primaires et leurs fréquences à l'aide d'analyseurs de qualité d'énergie, puis concentrez vos ressources sur la résolution des problèmes clés. Généralement, 80 % des problèmes d’harmoniques proviennent de 20 % des équipements.
2. Solutions de modifications simples
● Installez des filtres du/dt ou des filtres sinusoïdaux à la sortie des variateurs de fréquence (VFD).
● Ajoutez des selfs d'entrée aux équipements d'alimentation à découpage-(SMPS).
● Alimenter des charges non linéaires monophasées-à l'aide de transformateurs connectés en configuration triangle pour bloquer efficacement les harmoniques homopolaires-(par exemple, les harmoniques de 3e-ordre).
3. Contrôles d'entretien réguliers
Inspectez périodiquement l’état de fonctionnement des filtres et des équipements de compensation. Assurez-vous que les condensateurs ne présentent aucun renflement ou fuite et que les réacteurs ne présentent aucune surchauffe. Une maintenance simple garantit le fonctionnement efficace à long terme des dispositifs d'atténuation des harmoniques.
IV. Précautions
1. Évitez les mesures d’atténuation excessives ; maintenir la distorsion harmonique totale (THD) dans la plage raisonnable de 5 % à 8 %.
2. Les plans d'atténuation doivent tenir compte de l'impact des harmoniques de fond dans le système.
3. Les méthodes simples peuvent ne pas convenir à tous les scénarios ; les environnements industriels peuvent nécessiter des solutions combinées.
V. Analyse des coûts-avantages
Dans un souci de simplicité et d’économie, priorisez les mesures dans l’ordre suivant :
1. Équilibrage de charge (coût nul).
2. Installation de réacteurs d'entrée (faible coût).
3. Installation de filtres passifs (coût moyen).
4. Implémentation de filtres actifs (coût plus élevé).
Ces méthodes peuvent contrôler efficacement les problèmes d’harmoniques dans la plupart des scénarios. Pour les applications pratiques, nous recommandons d’effectuer d’abord des tests de base de la qualité de l’énergie afin d’identifier le spectre harmonique avant de sélectionner la solution d’atténuation simple la plus appropriée. Ce n'est que pour des problèmes harmoniques particulièrement complexes qu'il convient d'envisager des solutions globales. N’oubliez pas que la solution la plus simple est souvent la plus efficace.