Les harmoniques dans un réseau élèctrique Réalisé par: HAMZA SABIR Encadré par : Mr. Ali Nejmi 2012/2013

Plan de la présentation: Introduction C’est quoi les harmoniques ; Types et spectres Responsables, origines des harmoniques Pourquoi faut-il traiter les harmoniques Comment traiter les courants harmoniques et la distorsion de la tension Solutions pratiques aux harmoniques Economie d’énergie obtenue en traitant les harmoniques Comment sensibiliser les consommateurs à l’importance de l’atténuation des harmoniques conclusion

Introduction : La modernisation des processus industriels, la sophistication des machines et appareillages électriques a entraîné, ces dernières années, un développement important de l’électronique de puissance. Ces systèmes à base de semi-conducteurs (diodes, transistors, thyristors ….) destinés à réaliser : Des convertisseurs de puissance (alternatif/continu), Des redresseurs et Des onduleurs. Et bien d’autres dispositifs de commande par train d'ondes ou réglage de phase, ces systèmes représentent, pour les réseaux électriques des charges « non linéaire ». Les charges non linéaires ont un très vaste domaine d’application mais malheureusement leur inconvénient major, est ils envois au réseau des courants non sinusoïdaux riche en "harmoniques".

C’est quoi un harmonique Charge linéaire une charge est dite "linéaire" si le courant qu'elle absorbe est sinusoïdal lorsqu'elle est alimentée par une tension sinusoïdale. Ce type de récepteur ne génère pas d'harmonique.

Charge non linéaire Une charge est dite "non linéaire" si le courant absorbé n'est pas sinusoïdal lorsqu'elle est alimentée par une tension sinusoïdale. Ce type de récepteur est générateur des courants harmoniques. Les charges non linéaires déforment les signaux électriques du courant et de la tension.

Un signal périodique se compose d’un signal de fréquence (f) et de forme quelconque peut se décomposer en une somme de signaux sinusoïdaux comprenant. - Un signal sinusoïdal à la fréquence fondamentale, courbe fondamentale. - Des signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers du fondamental, Les harmoniques. - Une éventuelle composante continue. Chacun des harmoniques est caractérisé par une amplitude généralement exprimée en pourcentage de l’amplitude du fondamental et par une phase. Le « rang » de l’harmonique est la valeur de l’entier qui détermine sa fréquence sur un réseau (50Hz, Ih7= 350 Hz). En règle générale on distingue les harmoniques de rangs pairs (2, 4, 6,8..etc.) et les harmoniques de rangs impairs (3, 5, 7, 9 ...etc.) plus influents, dans les réseaux industriels. Il excite aussi d'autre type d'harmonique tel que: ♦ Inter harmoniques : sont des signaux de fréquence non multiple de la fréquence fondamentale. ♦ Infra harmoniques: ce sont des composantes qui sont à des fréquences inférieures à celle du fondamental

Représentation spectrale Un signal déformé se compose généralement de plusieurs harmoniques. On représente souvent ce signal sous forme d’un spectre Fig.(I.2), c’est à dire a l’aide d’un schéma ou l’on porte abscisse la fréquence et en ordonnée le module (en valeur efficace ou en pour cent) . Dans la plupart des cas, les harmoniques présentés sur les réseaux électriques proviennent de l’utilisation de charge non linéaire. Fig (I.1) : Représentation spectrale d'un signal périodique Fig (I.2) : Décomposition spectrale du signale en fréquence

Responsables et origines La prolifération des équipements électriques utilisant des convertisseurs statiques a entraîné ces dernières années une augmentation sensible du niveau de pollution harmonique des réseaux électriques. Et comme principale responsable on cite: 1-La présence des charges électriques non linéaires chez les consommateurs génèrent les courants harmoniques dans leur réseau public et dans leurs réseaux internes entrainant une pollution électrique ayant des effets néfastes sur la qualité de puissance fournie. 2-Le responsable de la pollution harmonique n’étant pas les centrales électriques , ni le réseau national de distribution électrique. 3-Les consommateurs sont les principaux responsables de cette pollution dans le réseau de distribution de l’électricité qui subit les effets générés par les charges polluantes.

Les charges monophasées: Toutes les charges non linéaires génèrent des courants harmoniques. En font partie : Les charges monophasées: Lampe basse consommation dite à économie d’énergie. Tubes fluorescent Lampes à décharge gazeuse à basse et haute pression. Ballasts électroniques pour éclairage. Equipements médicaux Téléviseurs Ordinateurs Imprimantes et photocopieurs Onduleurs

Les charges triphasées Variateurs de vitesse pour moteurs  Redresseur (convertisseur alternatif –continu)  Hacheur ( Convertisseur continu -continu est un dispositif de l'électronique de puissance)  Soudeuses  Four à arc utilisé dans la métallurgie  Chargeurs de batteries

exemple: Ballast pour l’éclairage fluorescent Les ballasts électroniques se sont développés ces dernières années afin d’optimiser les rendements énergétiques. Ils ont généralement un rendement à peine supérieur à celui des ballasts magnétiques, la majorité du gain est attribuable à l’augmentation du rendement de la lampe utilisée à de plus hautes fréquences. Le principal avantage est que le niveau d’éclairage peut être maintenu pour une durée plus longue par un contrôle à posteriori du courant de passage, cette pratique conduit cependant à une diminution du rendement global. L’inconvénient majeur est qu’ils génèrent des harmoniques.

Exemple de charge non linéaire monophasée -Eclairage Fluorescent Comparaison des courants harmoniques générés entre les Ballasts magnétiques et électroniques

Pourquoi faut il traiter les harmoniques Pour les producteurs et distributeurs d’électricité, il ya plusieurs raisons dont : Les courants harmoniques génèrent des pertes sur le réseau de distribution et un manque à gagner compte tenu du fait que les compteurs électriques actuellement installés ne comptabilisent que les courants fondamentaux à 50 HZ et ne comptabilisent pas les courants harmoniques. Les producteurs et distributeurs d’électricité ont le devoir de fournir une électricité non polluée, donc ils ont la responsabilité de protéger l’intégrité et la fiabilité de leur réseau de distribution contre les effets néfastes de cette pollution.

Ils ont également le devoir de fournir une qualité de puissance à leurs clients sans perturbations et sans pollution harmonique. Le traitement des harmoniques permet de réduire les puissances apparentes et réactives, Ils pourront par conséquent distribuer des KVA et des KVAR aux nouveaux abonnés sans investir dans de nouveaux moyens de production entrainant ainsi des économies d’énergie

Pour les consommateurs dans les secteurs industriels et tertiaires: La responsabilité de la pollution harmonique incombe à la présence des charges polluantes chez les consommateurs qui sont donc les principaux pollueurs , d’où le principe : Pollueur = Payeur. Les avantages du traitement des harmoniques sont nombreuses: Protection des équipement électriques contre les effets néfastes des courants harmoniques. Amélioration du TPF qui sera dans le futur, le nouveau facteur déterminant pour l’instauration des pénalités et des bonifications. Economies d’énergie électriques dues aux réductions des différents types de pertes et réduction des couts de maintenance.