Compensation à réactance anti-harmonique : p à 7 % ou 14 % ?

Compensation à réactance anti-harmonique : p à 7 % ou 14 % ?

Installer une batterie de condensateurs simple dans un site comportant des harmoniques peut mettre l’installation en résonance au lieu d’améliorer le facteur de puissance : condensateurs détruits, fusibles fondus et distorsion de tension croissante en sont le résultat. La compensation à réactance anti-harmonique ajoute une self en série à chaque gradin, abaisse la fréquence de résonance sous l’harmonique dominant et rend la batterie inductive au-delà du point d’accord. Cet article traite du choix du facteur d’accord, du calcul de la fréquence de résonance, du choix de la tension des condensateurs et des mesures à réaliser à la mise en service.

Pourquoi la résonance apparaît-elle et que fait la self anti-harmonique ?

Une batterie de condensateurs forme un circuit résonant parallèle avec l’inductance de court-circuit du réseau. Si la fréquence de résonance de ce circuit coïncide avec un rang du spectre harmonique du site, le courant harmonique correspondant est amplifié et la distorsion de tension monte rapidement. Avec une self en série, le gradin reste capacitif à la fréquence fondamentale mais devient inductif au-delà de la fréquence d’accord fixée par la self : il ne subsiste donc plus de chemin de faible impédance pour les courants harmoniques. La valeur de la self s’exprime en proportion de la réactance du condensateur à la fréquence fondamentale, et cette proportion s’appelle facteur d’accord p.

Comment calculer le facteur d’accord et la fréquence de résonance ?

La fréquence de résonance s’obtient en divisant la fréquence du réseau par la racine carrée du facteur d’accord. Sur un réseau à 50 Hz, 7 % donne environ 189 Hz, soit 3,8 fois le fondamental ; 5,67 % donne environ 210 Hz, soit 4,2 fois ; et 14 % donne environ 134 Hz, soit 2,7 fois. La règle de choix veut que la fréquence d’accord reste inférieure au plus bas harmonique dominant présent dans l’installation. Le rang 5 se situant à 250 Hz, 7 % et 5,67 % restent tous deux sûrs vis-à-vis de lui ; le rang 3 se situant à 150 Hz, seul 14 % protège contre ce rang.

Quelle valeur de p pour quelle installation ?

Dans les sites industriels dominés par les variateurs, les redresseurs et les convertisseurs triphasés, les rangs 5 et 7 prédominent : l’accord à 7 % y est la solution courante et bien équilibrée. Lorsque la mesure révèle un courant de rang 3 significatif, typiquement dans les bureaux, les centres de données et les installations à forte charge d’éclairage avec de nombreuses charges monophasées et alimentations à découpage, on préfère 14 %. La valeur de 5,67 % constitue une option intermédiaire pour les sites à faible niveau harmonique où le risque de résonance ne peut cependant pas être écarté, avec un rendement de compensation légèrement meilleur. La décision doit reposer sur une mesure harmonique réelle ; une valeur de p choisie sur des hypothèses de catalogue peut manquer l’effet visé.

Classe de tension des condensateurs, pertes et échauffement des selfs

La self en série élève la tension aux bornes du condensateur à la fréquence fondamentale : c’est pourquoi un réseau 400 V emploie typiquement des condensateurs 440 V ou 480 V pour un accord à 7 % et des condensateurs de classe 525 V pour 14 %. Un condensateur retenu avec une tension assignée trop faible défaille rapidement par fatigue diélectrique. Les selfs génèrent des pertes supplémentaires sous courants harmoniques et augmentent nettement la charge thermique interne du tableau ; le bilan thermique doit intégrer ces pertes, et des selfs à protection thermique avec ventilation forcée doivent être prévues si nécessaire. La commutation s’effectue par contacteurs à résistances de préinsertion, et la durée de décharge doit être achevée avant la remise en service d’un gradin.

Mise en service, mesure et vérification

Avant la mise en service, une mesure de qualité de l’énergie d’au moins une semaine au point d’alimentation principal reste le moyen le plus fiable d’observer le spectre harmonique et le profil de charge. Pendant la mise en service, la distorsion de tension, le courant des condensateurs et la température des selfs sont suivis gradin par gradin ; si le courant dépasse la valeur assignée de plus d’environ quinze pour cent, la charge harmonique doit être évaluée. L’ordre d’enclenchement des gradins et les temporisations sont réglés dans le relais varmétrique, et la durée de décharge n’est jamais enfreinte. Les résultats de mesure et les réglages sont consignés dans le rapport de mise en service, et les capacités ainsi que les couples de serrage des selfs sont revérifiés en maintenance périodique.

Points clés: compensation à réactance anti-harmonique

• La fréquence de résonance est fixée par p — la fréquence d’accord doit rester sous le plus bas harmonique dominant.
• 7 % traite le rang 5, 14 % le rang 3 — le choix découle du spectre mesuré.
• La classe de tension des condensateurs augmente — un réseau 400 V emploie typiquement des condensateurs 440 à 525 V.
• Les pertes des selfs entrent au bilan thermique — le courant harmonique crée des pertes et un échauffement supplémentaires.
• Source normative — catalogue des publications IEC: iec.ch.

Questions fréquentes

Une self anti-harmonique filtre-t-elle les harmoniques ?

Non. Son objet n’est pas de filtrer les harmoniques mais d’éviter que la batterie de compensation n’entre en résonance avec eux. Si le niveau harmonique doit être abaissé, on emploie un filtre passif accordé ou un filtre actif ; une batterie à réactance anti-harmonique ne remplace aucune de ces solutions.

Puis-je ajouter des selfs à une batterie de condensateurs existante ?

Seulement après réévaluation de la classe de tension des condensateurs, du choix des contacteurs, des distances entre barres et de la charge thermique du tableau. La self élevant la tension aux bornes, les condensateurs existants de classe 400 V ne conviennent plus. En pratique, le remplacement complet des modules de gradin est plus sûr et généralement plus économique.

Comment vérifier la valeur de p retenue ?

À la mise en service, mesurez la distorsion de tension au jeu de barres et le contenu harmonique du courant des condensateurs, gradin enclenché. Dans une batterie correctement choisie, le courant de l’harmonique dominant n’est pas amplifié et la distorsion de tension n’augmente pas à l’enclenchement. Si elle augmente, la fréquence d’accord est trop proche du rang dominant et la valeur de p doit être revue.

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