Risques de résonance liés au traitement des harmoniques

Considérant le circuit simplifié représenté sur la Figure L28 (pas de condensateurs de compensation connectés).

La distorsion de tension V_h au niveau du jeu de barres résulte de deux facteurs différents :

• raccordement de charges non linéaires générant des courants harmoniques I_h ,
• distorsion de la tension U_h présente sur le réseau d'alimentation en raison de charges non linéaires à l'extérieur du circuit considéré (tension harmonique pré-existante).

Un indicateur significatif de l'importance des harmoniques est le pourcentage de charges non linéaires N_LL , calculée par la formule :

[math]\displaystyle{ N_{LL(%)}= \frac{Puissance\, des\, charges\, non\, lin\acute e aires}{Puissance\, du\, transformateur} }[/math]

Le raccordement de condensateurs de compensation (sans inductance) va provoquer l'amplification des courants harmoniques au niveau du jeu de barres, et une augmentation de la distorsion de tension.

Les condensateurs sont des dispositifs réactifs linéaires, et par conséquent ne génèrent pas d'harmoniques. L'installation de condensateurs dans un système d'alimentation (dans lequel les impédances sont essentiellement inductives) peut, cependant, entraîner une résonance totale ou partielle se produisant à l'une des fréquences harmoniques.

En raison des harmoniques, le courant IC circulant dans les condensateurs de compensation sera plus élevé par rapport à la situation où seul le courant I1 fondamental est présent.

Fig. L28 – Diagramme simplifié

Si la fréquence propre de l'ensemble (condensateurs - réactance du réseau d'alimentation) est proche d'un rang harmonique particulier, alors une résonance partielle va se produire, avec des valeurs de tension et de courant amplifiées à la fréquence harmonique concernée. Dans ce cas particulier, le courant élevé provoque une surchauffe des condensateurs, avec dégradation du diélectrique, ce qui peut entraîner sa destruction éventuelle.

L'ordre h₀ de la fréquence propre de résonance entre la réactance du système et la batterie de condensateur est donné par la formule :

[math]\displaystyle{ h_0= \sqrt{\frac {S_{sc} }{Q} } }[/math]

Avec :

• S_SC = puissance de court-circuit du réseau (kVA) au point de raccordement des condensateurs
• Q = puissance des condensateurs en kvar
• h₀ = ordre de la fréquence propre f₀ , i.e. f₀ /50 pour un système 50 Hz, ou f₀ /60 pour un système 60 Hz.

Par exemple :
Puissance nominale du transformateur :	S = 630kVA
Tension de court-circuit :	uSC = 6%
Puissance de court-circuit au niveau du jeu de barres :	SSC ~ 10 MVA
Puissance réactive des condensateurs :	Q = 350 kvar

Alors :

[math]\displaystyle{ h_0= \sqrt{\frac {S_{sc} }{Q} } = \sqrt{\frac {10.10^3}{350} } = 5.5 }[/math]

La fréquence propre de résonance du système (condensateurs – réactance réseau) est proche du rang harmonique 5.

Pour un réseau 50Hz, la fréquence propre f₀ est alors égale à f₀ = 50 x h₀ = 50 x 5,5 = 275 Hz.