Dans cette fiche, on s’intéresse tout particulièrement aux phénomènes harmoniques générés par de l’éclairage spécifique. Les harmoniques perturbent l’installation en créant une surcharge dans le conducteur neutre et une résonance qui détériore la source de secours.
Le problème
L’installation électrique
Un poste source alimente par une ligne de 12 km en aérien un poste MT/BT 630kV/415V d’une exploitation. Il n’y a pas d’autre utilisateur alimenté.
o La puissance nominale appelée est de 416 kVA.
o Les charges BT sont principalement des lampes physiologiques (232 lampes à vapeur de mercure et 632 lampes à vapeur de sodium).
o La variation de l’éclairage de la serre se fait par l’allumage ou l’extinction d’une partie des lampes.
o La compensation du cos fi se fait par l’utilisation de condensateurs de 45 µF répartis au niveau des lampes.
o L’exploitation dispose d’un groupe électrogène de 230 kVA qui permet un fonctionnement de l’installation à demi Charge.
Les dysfonctionnements rencontrés
Ils sont apparus sous deux formes :
O Lors d’un fonctionnement sur groupe électrogène, l’alternateur a été détérioré.
Un échauffement anormal du câble du neutre a été observé au secondaire du transformateur de 630 kVA pour une charge de 400 kW.
o la circulation de fort courants harmoniques notamment de rang 3. Ces harmoniques proviennent des lampes à vapeur de sodium et de mercure,
O une résonance entre les condensateurs des lampes et l’inductance du transformateur dans certaines conditions d’exploitation de l’installation.
o Dans un premier temps, on abordera le problème avec les mesures effectuées grâce au Micrologic 7.0 H qui a permis un premier diagnostic. Ce diagnostic sera validé avec le calcul de la fréquence de résonance.
Des mesures effectuées sur un type de lampes à vapeur de sodium proche de celles utilisées dans l’installation, fournissent les injections en courant harmonique ci-après :
Circulation des courants harmoniques de rang 3
La charge étant équilibrée sur les 3 phases, le courant harmonique de rang 3 est homopolaire. C’est pourquoi on observe dans le neutre un courant égal à 3 fois le courant harmoniques 3 des phases :
I 3 =140 A et I 3 neutre = 428 A.
On a donc un premier problème lié à l’échauffement du conducteur neutre.
Ce problème est typique sur les réseaux BT.
Amplification des courants harmoniques par résonance
Un deuxième problème est lié à l’amplification des courants harmoniques par résonance.Le courant harmonique théorique injecté est inférieur à celui mesuré. Pour le rang 5 par exemple, on mesure 29% de courant harmonique soit 3 fois plus que l’injection individuelle de chaque lampe.
On peut vérifier facilement par le calcul cette fréquence de résonance calcul, il faut considérer deux cas : soit que l’installation est alimentée par le transformateur ou par le groupe électrogène (demi charge).
O Dans le premier cas :
La résonance se situe entre le rang 4 et 5. Elle varie en fonction du nombre de lampes utilisées. Les capacités de compensation intégrées dans les lampes entraînent donc une amplification des courants et tensions de rang 4 et 5. Le facteur de résonance est voisin de 9.
o Dans le deuxième cas :
On observe une amplification autour de l’harmonique 3 lorsqu’on compare le fonctionnement sur le groupe et le fonctionnement sur transformateur.
On observe aussi une forte amplification du rang 2.
Solution proposée
Une solution technique, pour protéger à la fois le réseau amont du distributeur et l’alternateur,Consiste à interposer immédiatement en aval de l’inverseur de source, un transformateur d’isolement de rapport 1/1 à couplage triangle étoile ou triangle-zig zag pour faire barrage aux harmoniques multiples de 3 (systèmes homopolaires) qui circulent dans le neutre).
L’inductance de ce transformateur modifie les conditions de résonance qui amplifiaient le rang 2.
Il faut néanmoins contrôler qu’il n’y a pas de problème pour l’harmonique 5, auquel cas il faudrait utiliser un filtre.
Les mesures effectuées après installation du transformateur d’isolement montrent que les harmoniques homopolaires ne sont pas transmis en amont de celui ci.
PAR :BELAID SLAOUTI 