Stage IRIS 2002

Acadmie dAix-Marseille

Stage S.T.S. IRIS 5 juin 2002

BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEURINFORMATIQUE ET RESEAUX

POUR LINDUSTRIE ET LES SERVICES TECHNIQUESPOLLUTION HARMONIQUE BASSE FREQUENCEEFFETS ET NORMES

la pollution harmonique Basse frequence

Diffrents types de charges polluantes

Effets instantanes

Effets A long terme

specifications de la norme CEI 6 1000-3-2

taux de tensIons harmoniques donnes par le contrat emeraude

taux d'emission harmonique limite des utilisateurs donns par le contrat emeraude Diffrents types de charges polluantes

Type de chargeAppareils concernsCourant absorbSpectre harmonique correspondant

EclairageTubes fluorescents

Lampes vapeur HP

Redresseur monophas diodes avec filtrage, alimentation dcoupageMicro-informatique

Tlvisions

Lampes ballast lectronique

Redresseur triphas thyristors avec filtrageVariation de vitesse des moteurs asynchrones

Gradateur monophasRgulation de puissance des fours rsistances

Modulation de puissance des lampes halognes

Redresseur triphas thyristorsVariation de vitesse des moteurs courant continu et des moteurs synchrones

Moteur asynchroneMachines-outils

Appareils lectromnagers

Ascenseurs

Effets instantanes

VICTIMEEFFETS

ConsommateurDiminution du facteur de puissance et surcot de la facturation d'lectricit

Dispositifs de tlcommande : relais de protection et d'automatisme, fusibles, disjoncteurs thermiquesDclenchements intempestifs dus aux facteurs de crte levs ou aux phnomnes de rsonance ;

difficults pour calibrer les protections

CondensateursClaquage suite une surcharge provoque par un courant harmonique important du au phnomne de rsonance parallle

Dispositifs de rgulation de systmes lectroniquesLes conditions de commutation des thyristors sont influences par les tensions harmoniques qui dplacent le passage zro de la tension

Compteurs d'nergie induction et appareils de mesureErreurs de mesure. Par exemple, un compteur classe 2 donnera une erreur supplmentaire de 0,3% avec un taux de 5% d'harmonique 5 sur le courant et la tension.

Tlcommande centralise frquence musicale utilise par les distributeurs d'nergieErreurs d'instruction dues aux perturbations par des tensions harmoniques de frquence voisine de celle utilise par les rcepteurs et metteurs de la tlcommande

Appareils lectromagntiques : transformateurs et inductancesVibrations, bruits acoustiques dus aux efforts lectrodynamiques proportionnels aux courants harmoniques

Machines tournantesVibrations dues aux couples mcaniques pulsatoires engendrs par les champs tournants harmoniques, entranant une perte de stabilit mcanique.

Lignes courant faible : tlphone, contrle-commandePerturbation de ces lignes lorsque celles-ci circulent le long d'une canalisation de distribution lectrique

OrdinateursFonctionnement incorrect.

Dysfonctionnement dus aux couples pulsatoires des moteurs d'entranement des supports magntiques

EFFETS A LONG TERMEVICTIMEEFFETS

CondensateursEchauffement et vieillissement : le phnomne de rsonance avec l'inductance du rseau amont suite la prsence de certains rangs harmoniques peut entraner un facteur d'amplification du courant dans le condensateur, provoquant ainsi sa surcharge et donc son chauffement (d'autant que l'impdance du condensateur diminuant avec la frquence, les courants harmoniques de rang lev circuleront plus facilement )

Transformateurs Pertes supplmentaires :

effet de peau : la rsistance du cuivre augmente avec la frquence, et donc l'effet Joule

augmentation de l'hystrsis et des courants de Foucault

Risques de saturation

Machines tournantesEchauffement d aux pertes supplmentaires : augmentation des pertes cuivre et fer au stator et surtout au rotor due aux diffrences importantes de vitesse entre les champs tournants harmoniques et le rotor

Conducteur de neutreSurcharge et chauffement : les harmoniques de rang 3 tant en phase, elles s'ajoutent algbriquement dans le neutre.

(cf Annexe 6 pour la construction graphique)

NB : dans le cas d'un systme triphas quilibr, la norme autorise un sous-dimensionnement du conducteur neutre vis vis des phases afin de raliser une conomie de cuivre.

D'o un problme de dimensionnement de ce conducteur.

ConducteurPlus grandes pertes en ligne :

effet de peau : la rsistance apparente de l'me augmente avec la frquence

augmentation des pertes dilectriques dans l'isolant si le cble est soumis une distorsion de tension non ngligeable

augmentation des sections des cbles : le calcul de la section des conducteurs doit tre adapt au courant efficace et non pas au seul fondamental

specifications de la norme CEI 6 1000-3-2

Rang de l'harmoniqueValeur efficace du courant harmonique maximal admissible en Ampres

Harmoniques impairs

32,3

51,14

70,77

110,33

130,21

15 ( n ( 39

Harmoniques pairs

21,08

40,43

60,30

8 ( n ( 40

taux de tensIons harmoniques donnes par le contrat emeraude

harmoniques impairsHarmoniques

Non multiples de 3Multiples de 3pairs

RangSeuil (%)RangSeuil (%)RangSeuil (%)

563522

7591,541

113,515 et 210,56 240,5

133

172

19,23, et 251,5

Les taux de tensions harmoniques (h sont exprims en pour cent de la tension

de fourniture U.

Le taux global (g ne doit pas dpasser 8 % avec :

taux d'emission harmonique limite des utilisateurs donns par le contrat emeraude

rangs impairskn (%)rangs pairskn (%)

3422

5 et 7541

92> 40,5

11 et 133

> 132

A chaque harmonique de rang n est associ un coefficient de limitation kn , et donc une limite en ampres que l'on calcule de la manire suivante :

o Uc est la valeur de la tension contractuelle.

Exemple de calcul : un industriel ayant une puissance souscrite de 250 kVA sous 20 kV doit limiter l'amplitude des rangs harmoniques aux valeurs suivantes :

le courant efficace appel sur la ligne est :

( In = 7,22 A

harmonique 3 :

I3 = k3 In

(I3 = 0,288 A

harmoniques 5 et 7 :

I5,7 = k5,7 In

( I5,7 = 0,361 A

Claude Dumortier, Philippe Enjalbert Lyce Vauvenargues Aix-en-Provence

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