Nous utilisons nos propres cookies et ceux de tiers pour améliorer la navigation et proposer des contenus intéressants.

Puisque vous continuez, nous considérons que vous acceptez notre Politique de Cookies. Vous pouvez modifier les options de stockage de cookies sur votre navigateur. En savoir plus

J'ai compris

Articles

Harmoniques de rainure dans les systèmes de génération électrique

le .

 

Introduction

Les problèmes dérivés du manque de qualité électrique, et plus concrètement des harmoniques, sont habituellement bien connus des techniciens et des ingénieurs.

Les systèmes de filtrages s'occupent de réduire et d'atténuer le propre courant harmonique consommé par les récepteurs. Cependant, si l'origine de la qualité électrique provenait du système de génération ?

Dans le présent article, nous verrons ce que sont les harmoniques de rainure ainsi que l'étude d'un cas par résonnance avec ce type d'harmoniques générés. 

Harmoniques de rainure

La propre construction des enroulements des stators des machines électriques giratoires de courant alternatif peut produire l'apparition de composants harmoniques en tension dénommés « harmoniques de rainure ».

L'existence de rainures uniformes autour de la partie interne du stator cause des variations régulières de réluctance et de flux tout au long de la surface du stator, en causant la déformation de l'onde de tension.

Stator avec rainuresÉléments d’un Moteur à induction

Les harmoniques de rainure se produisent à des fréquences déterminées par l'espace qui se trouve entre les rainures adjacentes. L'ordre des composants est donné par l'expression :

U rainure

où:

υrainure = ordre de composant harmonique
S = nombre de rainures du stator
P = nombre de pôles de la machine
M = nombre entier, normalement égal à 1, avec lequel se produisent les harmoniques de rainure de moindre fréquence. 

Les principaux effets des harmoniques de rainure sont :

  • Induction des harmoniques de tension au système électrique, en déformant l'onde en tension.
  • Augmentation du taux de distorsion en tension THDU(%)
  • Plus grande facilité de présentation de résonnance avec des batteries de condensateurs
  • Diminution du rendement des moteurs (couple inférieur, vibrations, etc.)
  • Action inappropriée des dispositifs électroniques sensibles.

Résonnance par harmoniques de rainure

Dans ce cas, nous nous trouvons devant une industrie qui disposait d'une double alimentation, formée par un générateur de 6,5 MW à 4,16 kV/60Hz, et l'alimentation directe du réseau électrique par un réseau électrique primaire de 69 kV à travers un transformateur de 9 MVA et secondaire de 4,16 kV/60 Hz. L'installation disposait d'un système de contrôle de moteurs (SMC) qui était compensé par un condensateur de 50 kvar à 4,16 kV.

Schéma simplifié du système électrique et des mesures électriques.

Problèmes Problèmes

Les problèmes que présentait l'installation étaient :

  • Défaillance réitérée du démarreur du moteur SMC.
  • Déclenchement des protections et dégradation des condensateurs de MT.
  • Défauts dans le système d'alimentation ininterrompue UPS en BT.
  • Dommages sur les ballasts électroniques.
  • Fausses alarmes de chauffe sur les compresseurs, etc.

Essais Essais

4 essais différents dans l'alimentation du moteur :

  • Alimenté depuis le réseau électrique, avec et sans batterie de condensateurs.
  • Alimenté depuis le générateur, avec et sans batterie de condensateurs.

Le Tableau 1 montre, à mode de résumé, les principaux paramètres électriques mesurés et nous voyons que la variation des composants harmoniques sans (Fig. 1 et 2) ou avec (Fig.3 et 4) batterie de condensateurs est pratiquement la même et, à tout moment, avec des niveaux corrects.

Tableau 1

Tableau 1

fig1-4

Le Tableau 2 montre le comportement du système alimenté au générateur de 6,5 MW. Nous voyons qu'une augmentation considérable dans la distorsion en tension apparaît lorsque nous connectons le condensateur de 50 kvar, principalement l'augmentation se produit sur l'harmonique d'ordre 37.

Tableau 2

Tableau 2

Fig5-8

Détail du rotor et du stator d’un générateur.

Comme on peut l'apprécier sur les (Figures 6 et 7 sans condensateur) et (5 et 8 avec condensateur), nous voyons que la distorsion harmonique en opérant avec le générateur est supérieure, en comparaison avec la distorsion qui se présente en opérant directement avec le réseau électrique ; nous voyons que les composants d'ordre 5º et 37º se présentent avec des amplitudes apparemment négligeables (1.89% et 1.26% respectivement).

Avec la batterie de condensateurs en fonctionnement, la résonnance se présente sur l'harmonique 37º en amenant son amplitude à des valeurs élevées (>3%). Au cours de l'essai, des défaillances sont apparues, entre autres, la fausse alarme sur la commande de la chaudière par le fait de la distorsion du voltage se présente sur tous les circuits alimentés par le générateur.

La cause de cette résonnance est due à la combinaison de paramètres de court-circuit sur le bus de 4,16 kV, 71230 kVAcc, et la taille du condensateur, 50 kVAr. En effet, la fréquence de syntonie est donnée par :

Formula

où:

 n = ordre harmonique de résonnance
Scc = Puissance de court-circuit disponible sur le point de connexion du banc des condensateurs
Q = Puissance effective du banc des condensateurs

par conséquent:

Formula

Fig.9

Fig.9

Nous avons également vu que le générateur était à 4 pôles et qu'il avait 72 rainures sur son stator, raison pour laquelle, en appliquant la formule initiale, nous trouvons que ses harmoniques de rainure de l'ordre le plus bas sont de 35 et 37, coïncidant avec la résonnance présentée dans l'installation et qui comportait les différents problèmes sous-jacents. (Fig.9) 

Un aspect intéressant de cet essai a été le fait que, au fur et à mesure que la charge descendait jusqu'à 0, la distorsion de l'onde de tension s'accentuait, comme le montre la figure avec le profil du taux de distorsion en tension THD(U)%.

Conclusions

conclusionsDans ce cas, la mesure immédiate a été de laisser le condensateur de 50 kVAr en permanence hors fonctionnement, en envisageant le besoin d'utiliser une batterie de condensateurs avec un filtre de rejet désaccordé à 7%.

Néanmoins, la présence du 37º harmonique de tension, pour être un problème inhérent à la conception du générateur, n'a pas pu être éliminée et, par conséquent, dans des périodes de basse charge, la même fausse alarme s'est présentée sur la commande de la chaudière. En conséquence, il a été suggéré d'alimenter à travers un système UPS type online la commande de la chaudière pour, de cette façon, éliminer ce composant de la tension d'alimentation.

Il devient de plus en plus indispensable d'employer des équipements de compensation avec des filtres de rejet ou désaccordés en raison de l'augmentation des applications avec des dispositifs électroniques et d'électronique de puissance, dont nous ne pouvons pas actuellement négliger les effets.

La mise en oeuvre d'un système de surveillance nous facilite le diagnostic, le contrôle et l'utilisation efficace de l'énergie électrique, ainsi que pouvoir détecter toute anomalie que présenterait notre installation.

 

Cliquez ici pour télécharger ce document sous format PDF pdfes  en  de  fr  pl  pt

 

Vous pouvez vous informer de nos nouveautés dans la section des nouvelles.
Vous pouvez également suivre nos publications sur le Twitter de CIRCUTOR et sur LinkedIn.

circutor32x32

Contact

CIRCUTOR SGE sasu
Paris (France)
16, Avenue Morane Saulnier
78140 Vélizy-Villacoublay
T. +33 (0)1 39 46 77 73

Assistance technique:

© 2015 circutor.com. Tous droits réservés.