Paru initialement en novembre 2011
Trois pannes dans une semaine! Et vous venez pourtant d’investir dans un système UPS (Uninterruptible Power Supply). Que s’est-il passé? Vous avez probablement subi les premières attaques des harmoniques ou d’autres problèmes de qualité de l’onde sur votre réseau électrique. Sans actions correctives, le problème ne peut que s’aggraver .
Le monde industriel est très sensibilisé aux problèmes de qualité de l’onde depuis fort longtemps, plus spécialement aux problèmes reliés au facteur de puissance. L’imposition de pénalités monétaires introduites par les utilités a notamment encouragé l’installation de bancs de condensateurs là où le besoin s’en ressent.
Cet article porte sur un aspect de la qualité de l’onde bien actuel, soit les harmoniques. L’émergence des charges non-linéaires dans l’industrie fait l’objet de grandes discussions partout dans le monde. De toute évidence, l’augmentation des harmoniques sur un réseau est proportionnelle à la propagation des charges non-linéaires attachées à ce réseau même.
La b.a. des harmoniques
Une harmonique se définit comme une onde. En musique, les ondes se transmettent par le son à partir de la vibration d’une corde par exemple. En télécommunication, les ondes se propagent dans l’air à partir d’un émetteur AM ou FM. En électricité, les ondes se propagent dans les fils électriques.
Une harmonique est une onde multiple produite par une autre onde. Cette dernière a une amplitude (force) et une fréquence (vitesse). Au Québec, la fréquence fondamentale utilisée dans nos réseaux électriques est de 60 Hz. Les harmoniques ont une valeur correspondant à des multiples pairs ou impairs de la 60Hz. Ainsi, la fréquence de la cinquième harmonique est de 300Hz (5 x 60Hz). Son amplitude peut se mesurer en volts ou en ampères. Une autre manière de la quantifier serait en %. C’est-à-dire en pourcentage de la fondamentale. A titre indicatif, la IEEE 519-1992, norme décrivant les niveaux d’harmoniques acceptables, a établi plusieurs niveaux de limites suivant la tension d’alimentation. Par exemple, le taux de distorsion harmonique (TDHv) au point commun de couplage d’un réseau de 600V est généralement de 5% en tension. Cela implique donc que le pourcentage maximal ne doit pas dépasser les 5%.
Tel que discuté précédemment, il y a trois types d’harmoniques soit les paires (2, 4, 6, …), les impaires (3, 5, 7, …) et les inter-harmoniques. Les harmoniques de types impairs et inter-harmoniques sont majoritairement la cause des problèmes en industrie. Les harmoniques paires sont souvent négligeables dans le réseau car elles s’annulent.
La source des harmoniques, un fléau !
L’apparition des harmoniques dans un réseau électrique est principalement liée à l’utilisation de charges dites non linéaires. Ce type de charge regroupe des variateurs de vitesse, des redresseurs, des UPS, des alimentations à découpage, des lampes fluorescentes ou tout équipement utilisant le principe de commutation par des composantes d’électronique de puissance.
L’échauffement des moteurs, des câbles ou des transformateurs de puissance sont une des causes premières des bris matériels ou d’arrêts de production. De plus, l’introduction de la haute fréquence (effet de peau) dans les conducteurs est aussi source de problèmes à long terme. En somme, plus le niveau d’harmoniques est élevé, plus les pertes en chaleur sont élevées et plus les équipements sont prédisposés à un mauvais fonctionnement. Fusibles brulés et déclenchement de disjoncteurs sans raisons apparentes sont donc parfois causés par des harmoniques.
Les solutions
Il y a quelques solutions pour limiter les dégâts générés par les harmoniques. Une des solutions pratiques mais couteuse est l’utilisation de transformateurs spéciaux (Phase Shift Transformer). Ces derniers ont la particularité d’annuler les harmoniques choisies. Étant donné que les harmoniques sont des ondes ayant une fréquence et une amplitude, la solution la plus efficace est de les filtrer en utilisant des techniques de filtration passive ou active. Le choix du filtre passif reste une solution économique mais peu efficace dans certaines situations. Ce genre de filtre ne s’adapte pas aux changements d’impédance du réseau ou de l’augmentation/diminution de la demande énergétique (Rajout de moteur dans une usine par exemple). Quant au filtre actif, il est de plus en plus utilisé en raison de sa précision de filtrage, et de sa facilité d’adaptation. Par ailleurs, il est devenu commun de voir des filtres actifs permettant un contrôle sélectif des harmoniques : les fréquences nuisibles peuvent donc être ciblées et atténuées au niveau souhaité.
L’image ci-dessous explique son mode de fonctionnement. Le filtre actif mesure les harmoniques présentes dans le réseau, il les analyse et les réinjecte avec un déphasage de 180 degrés. Autrement dit, le filtre actif renvoie l’inverse des harmoniques pour les annuler.
M. Othmane Alaoui est directeur des produits, qualité de l’onde, chez ABB, à Lachine. On peut le rejoindre à : Tél. 514-420-3100, poste 3260, ou par son cellulaire à 514-651-4833.
David Pellerin dit
Question:
Avec la venue du LED , est-il possible que les harmoniques présents dans le réseau affectent les ampoules et appareils électroniques LED.
J’ai changé, sur quelques projets, des ampoules incandescentes pour des ampoules LED de très bonne qualité. Sur plusieurs projets, il y a présence de gradateur et dans certains projets, même si nous avons utilisé les mêmes composantes,
on retrouve un flacottement synchronisé des ampoules.
Comment puis-je vérifier si ce flacottement provient d’harmoniques dans le réseau?
Normand Gosselin dit
Nous transmettons votre question à un ingénieur en électricité et nous ajouterons la réponse ici.
Normand Gosselin
Éditeur
Raymond dit
M Gosselin,la réponse à la question de David Pellerin est :???
merci
Raymond
Normand Gosselin dit
Bonjour Messieurs Bernard et Pellerin,
Votre courriel de septembre 2012 nous avait échappé : nos excuses.
Nous sommes heureux de répondre à cette question de Services Probe inc., entrepreneur électricien de Victoriaville. Le métier de journaliste demande qu’une information soit vérifiée auprès de deux sources, ce que nous avons fait.
Réponse de M. Stéphane Brouillette, directeur du marketing chez Bemag Transformateurs, technicien reconnu en matière d’harmoniques:
Il faudrait que la personne soit en mesure de pouvoir mesurer l’onde de tension avec l’aide d’un Fluke, pour voir si l’onde de tension montre un affaissement au niveau de la crête, qui est généralement engendré par une forte présence de 3ième harmoniques. Le Fluke donne aussi comme information le taux de distorsion harmonique (THD qui devrait être inférieur à 5%) ainsi que l’amplitude de chacune des harmoniques individuellement.
2e réponse, de M. Mihai Pecingina, ingénieur en électricité, consultant chez DND inc., membre du conseil d’administration d’IES-Montréal et président d’IDA-Québec:
C’est un des ennuis le plus souvent rencontrés… Et ce n’est pas facile à répondre. Car ce n’est pas nécessairement une affaire d’harmoniques. Ça peut être simplement une incompatibilité entre l’ampoule DEL et le gradateur. Parfois, même si sur la boite de l’ampoule c’est indiqué qu’elle fonctionne correctement avec une marque connue de gradateur, il peut arriver que le « flicker » (excusez l’anglicisme!) se présente. C’est peut-être aussi une question d’un circuit trop chargé ou, attention!, pas assez chargé! Les gradateurs ont besoin d’une certaine charge pour pouvoir opérer dans les paramètres.
Espérant que ces réponses vous soient utiles,
Normand Gosselin, éditeur
Othmane Alaoui dit
Bonjour David,
Mille exuses, je viens de voir ce message !
Le papillotement (flicker) est un autre phénomène relié aux problèmes de la qualité de l’onde. Le papillotement se mesure à l’aide d’appareil spécialisé et requiert une expertise pointue. Il y a d’ailleurs plusieurs standard et chaque fournisseur tel que Hydro-Quebec ont le leur. Le papillotement peut avoir un impact sérieux sur la santé des gens.
Le papillotement est causé par de soudaine baisse de tension. Cela peut être relié une instabilité de la source (génération) ou peut être causé par l’électronique de puissance servant à la commutation des DEL.
Merci,,
Othmane
jean dit
Bonjour M. Alaoui 23 février 2020
Justement parlant de flicker nommé dans certain forum scintillement ou papillotement en rapport avec la santé, je prend présentement un échantillonnage d’électricité avec un Power Quality Analyser lequel enregistre à tous les 10 minutes des données sous l’onglet flicker, ces données selon le manuel de l’opérateur deviennent valide après un temps de stabilisation de l’appareil.
1- Ma Question est de savoir quel sont les normes,?
2- Y a-t-il une unité de mesures ou es ce seulement la quantification d’évènement?
3- Es ce que ça a rapport avec les paramètres Dip And Swell disponibles dans les paramètres de l’appareil?
Par exemple sur le réseau électrique 120v-240V avec les paramètre par défaut de l’appareil j’obtiens les lectures suivantes PST : 0.301 PIT : 0.235 lesquel lectures varies à tous les 10 minutes et dépassent rarement 1.000
Les experts dans se domaines se font rares et difficilement accessible pour le salarié moyen…
Si vous avez des pistes d’informations, merci de partager, notre santé est prise en otage lorsqu’on est obligé de vivre dans un endroit électriquement malsain…