Les harmoniques électriques posent un problème critique dans les réseaux électriques qui peuvent avoir un impact significatif sur l'efficacité, la fiabilité et la sécurité. Cet article détaille explore ce que sont les harmoniques, leurs causes, les problèmes qu'elles créent, leurs classifications et les méthodes pour les éliminer efficacement.
c'est quoi les harmoniques ?
Dans un système électrique idéal, les formes d'onde de la tension et du courant suivent une forme sinusoïdal lisse. Les harmoniques apparaissent lorsque les formes d'onde s'écartent de cette forme sinusoïdale, introduisant des distorsions à des fréquences qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale (50 Hz)
Exemple :
- 3e harmonique :3 × la fréquence fondamentale
- 5e harmonique :5 × la fréquence fondamentale
Ces distorsions sont généralement causées par des charges non linéaires alimenté par des sources propres. Les harmoniques se traduisent par une énergie indésirable qui ne contribue pas au travail utile, mais qui peut endommager le système si elle n'est pas contrôlée.
Causes des harmoniques
Les harmoniques proviennent principalement de charges non linéaires exemple, qui tirent le courant par impulsions brusques au lieu d'une manière sinusoïdale . Les sources les plus courantes sont les suivantes
Les appareils électroniques de puissance :
Redresseurs et onduleurs utilisés dans des dispositifs tels que les systèmes UPS et les systèmes d'énergie renouvelable.
Variateurs à fréquence variable :
Largement utilisés dans le contrôle de la vitesse des moteurs, ils découpent les formes d'onde d'entrée, introduisant des harmoniques.
Saturation des transformateurs :
Se produit lorsque les transformateurs fonctionnent à proximité ou au-delà de leur capacité nominale.
Effets des harmoniques sur les systèmes électriques
Les harmoniques peuvent provoquer toute une série d'effets néfastes sur les systèmes électriques parmi ces effets
1-Surchauffe :
Ils augmentent l'échauffement des câbles, des transformateurs et des moteurs en raison des pertes de puissance supplémentaires, ce qui réduit la durée de vie des équipements.
2-Distorsion de la tension :
Les formes d'onde de la tension sont déformées, ce qui a un impact sur les équipements sensibles et provoque des dysfonctionnements.
4-Surcharge du neutre :
Les harmoniques de séquence zéro, telles que la 3e harmonique, s'accumulent dans le conducteur neutre, ce qui peut provoquer des surchauffes ou des incendies.
5-Efficacité reduite:
La puissance réactive supplémentaire absorbée par les harmoniques réduit l'efficacité globale du système.
6-Mauvais fonctionnement des équipements :
Les dispositifs tels que les relais de protection, les compteurs et les capteurs peuvent mal fonctionner en raison des distorsions de la forme d'onde.
Types d'harmoniques
Harmoniques paires :
Fréquences à des multiples de 2 (par exemple, 2e, 4e, 6e).
Elles sont rares dans les systèmes équilibrés, mais peuvent apparaître en raison d'une asymétrie ou de défauts.
Harmoniques impaires :
Fréquences à des multiples impairs (par exemple, 3e, 5e, 7e).
Les plus courantes et les plus gênantes dans les systèmes électriques.
Harmoniques de séquence positive :
Elles tournent dans le même sens que la fréquence fondamentale, généralement la 5e, la 11e, etc.
Harmoniques de séquence négative :
Elles tournent dans le sens opposé à la fréquence fondamentale, comme la 7e, la 13e, etc.
Harmoniques de séquence nulle :
Ne tournent pas et s'accumulent dans le conducteur neutre, comme les harmoniques 3 et 9.
Technique élimination des harmoniques
L'atténuation des harmoniques est essentielle pour maintenir la fiabilité et les performances du système. Plusieurs techniques peuvent être utilisées :
1-Filtres passifs :
Composés d'inductances, de condensateurs et de résistances.
Filtres shunt : Ils détournent les courants harmoniques du circuit d'alimentation.
Filtres en série : Empêchent des fréquences harmoniques spécifiques de pénétrer dans le système.
2-Filtres actifs :
Utilisent l'électronique de puissance pour générer des formes d'ondes contraires qui annulent les harmoniques en temps réel.
Efficace pour les systèmes dynamiques avec des charges variables.
Filtres hybrides :
Combinent le filtrage passif et le filtrage actif pour traiter efficacement une gamme plus large d'harmoniques.
Filtres dv/dt :
Réduisent le taux de variation de la tension, couramment utilisés dans les systèmes VFD pour protéger les moteurs des harmoniques.
Compensateurs statiques d'énergie réactive (SVC) :
Régulent la puissance réactive dans les systèmes à haute tension, réduisant indirectement les niveaux d'harmoniques.
Transformateurs d'atténuation des harmoniques (HMT) :
Transformateurs spécialement conçus pour annuler des harmoniques spécifiques grâce à la configuration des enroulements.
Conception optimisée des charges :
Redéfinir ou remplacer les charges non linéaires afin de réduire leur contribution aux harmoniques.
Contrôle des harmoniques :
Surveillance continue à l'aide d'analyseurs d'harmoniques pour détecter et traiter les problèmes de manière proactive.
Équilibrage du système :
Le maintien de charges équilibrées entre les phases peut réduire considérablement les harmoniques.
Conclusion
Les harmoniques constituent un défi croissant dans les réseaux électriques modernes en raison de l'évolution des charges non linéaires. La compréhension des causes et des effets des harmoniques, ainsi que l'utilisation de techniques d'atténuation efficaces, sont essentielles pour que les electro-techniciens puissent concevoir des systèmes efficaces, fiables et sûrs.
Le traitement des harmoniques permet non seulement de protéger les équipements, mais aussi d'améliorer la qualité d'énergie électrique du réseau électrique.
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