Solutions possibles de traitement des harmoniques

Condensateurs standard

La présence d'harmoniques dans la tension d'alimentation résulte en un courant anormalement élevé dans les condensateurs. Une tolérance est accordée pour une certaine distorsion en concevant des condensateurs ayant un courant de valeur efficace maximale égale à 1,3 fois le courant nominal. Tous les éléments placés en série, comme les connexions, fusibles, interrupteurs, etc., associés avec les condensateurs sont de même surdimensionnés, entre 1,3 à 1,5 fois leurs valeurs nominales.

Des condensateurs standards peuvent être utilisés si le pourcentage de charges non linéaires est inférieure à 10% (N_LL ≤ 10%).

Condensateurs renforcés

Des condensateurs avec une meilleure capacité en courant ("heavy duty") peuvent être utilisés afin d'augmenter la marge de sécurité. La technologie de ces condensateurs permet un courant maximal plus élevé par rapport à ce qui est strictement requis par les normes.

Une autre possibilité est d'utiliser des condensateurs avec une tension nominale plus élevée. Comme la même puissance réactive doit être fournie, les condensateurs doivent avoir la même capacité. Avec une tension nominale U_N (supérieure à la tension du réseau U), le courant nominal I_N et la puissance nominale Q_N seront données par les formules :

[math]\displaystyle{ \frac{I_N}{I}=\frac{U_N}{U}\; et \; \frac{Q_N}{Q}= \left ( \frac{U_N}{U} \right )^2 }[/math]

Des condensateurs avec une capacité en courant renforcée peuvent être utilisés si le pourcentage de charge non-linéaire est inférieur à 20% (N_LL ≤ 20%).

Raccordement de condensateurs de compensation avec inductances anti-harmoniques

Afin d'atténuer les effets des harmoniques (augmentation significative du courant du condensateur ainsi que distorsion élevée en courant et en tension), des inductances peuvent être associées aux condensateurs. Les inductances et les condensateurs sont configurés en un circuit résonnant série, ajusté de sorte que la fréquence de résonance soit inférieure à la fréquence harmonique la plus basse présente dans le système.

Fig. L30 – Diagramme simplifié

L'utilisation d'inductances empêche ainsi les problèmes de résonance harmonique, évite le risque de surcharge des condensateurs et contribue à réduire la distorsion harmonique dans le réseau.

La fréquence d'accord peut être exprimée par l'impédance de l'inductance (en %, par rapport à l'impédance du condensateur), ou par le rang d'accord, ou directement en Hz.

Les valeurs les plus courantes de l'impédance relative sont 5,7 - 7 - 14% (14% est utilisé avec un niveau élevé d'harmoniques de rang 3).

Impédance relative (%)	Rang d'accord	Fréquence d'accord @50Hz (Hz)	Fréquence d'accord @60Hz (Hz)
5,7	4,2	210	250
7	3,8	190	230
14	2,7	135	160

Fig. L31 – Correspondance entre l'impédance relative, le rang d'accord et la fréquence d'accord

Dans cette configuration, la présence de l'inductance augmente la tension à la fréquence fondamentale (50 ou 60Hz) aux bornes du condensateur. Cette caractéristique est prise en compte en utilisant des condensateurs qui sont conçus avec une tension nominale U_N supérieure à la tension de service du réseau U_S, comme le montre le tableau suivant :

Tension nominale des condensateurs UN (V)		Tension de service réseau US (V)
		50 Hz		60 Hz
		400	690	400	480	600
Impédance relative (%)	5,7	480	830	480	575	690
	7	480	830	480	575	690
	14	480		480

Fig. L32 – Valeurs typiques de tensions nominales des condensateurs

Résumé

Des règles pratiques sont fournies dans le tableau suivant, pour la sélection de la configuration appropriée, en fonction des paramètres du système :

• S_sc = puissance de court-circuit triphasée en kVA au niveau du jeu de barres,
• S_n = somme des puissances nominales en kVA de tous les transformateurs alimentant le jeu de barres (directement reliés à celui-ci)
• G_h = somme des puissances nominales en kVA de tous les dispositifs générateurs d'harmoniques (convertisseurs statiques, onduleurs, variateurs de vitesse, etc.) connectés au jeu de barres.

  Si les puissances de certains de ces dispositifs sont indiquées uniquement en kW, supposer un facteur de puissance moyen de 0,7 pour obtenir les évaluations en kVA.

Règle générale (pour toute puissance de transformateur) :
[math]\displaystyle{ G_h\le \frac{S_{sc} }{120} }[/math]	[math]\displaystyle{ \frac{S_{sc} }{120} \lt G_h\le \frac{S_{sc} }{70} }[/math]	[math]\displaystyle{ \frac{S_{sc} }{70} \lt G_h\le \frac{S_{sc} }{30} }[/math]	[math]\displaystyle{ G_h \gt \frac{S_{sc} }{30} }[/math]
Condensateurs standards	Condensateurs "Heavy Duty" ou condensateurs avec tension nominale augmentée de 10%	Condensateurs "Heavy Duty" ou condensateurs avec tension nominale augmentée de 20% + inductance anti-harmonique	Filtrage d'harmoniques nécessaire Voir : "Détection et atténuation des harmoniques"
Règle simplifiée (si puissance transformateur ≤ 2 MVA) :
[math]\displaystyle{ G_h \le 0.1 \times S_n }[/math]	[math]\displaystyle{ 0.1 \times S_n \lt G_h \le 0.2 \times S_n }[/math]	[math]\displaystyle{ 0.2 \times S_n \lt G_h \le 0.5 \times S_n }[/math]	[math]\displaystyle{ G_h \gt 0.5 \times S_n }[/math]
Condensateurs standards	Condensateurs "Heavy Duty" ou condensateurs avec tension nominale augmentée de 10%	Condensateurs "Heavy Duty" ou condensateurs avec tension nominale augmentée de 20% + inductance anti-harmonique	Filtrage d'harmoniques nécessaire Voir : "Détection et atténuation des harmoniques"

Fig. L33 – Règles simplifiées