La qualité du filet est très importante et échappe à tout contrôle de qualité avant l’utilisation. La tension de réseau fournie par les entreprises de distribution d’énergie (EVU) pour les ménages, le commerce et l’industrie est idéalement une tension sinusoïdale uniforme d’amplitude et de fréquence constantes. Ce cas idéal ne se rencontre toutefois plus aujourd’hui dans les réseaux publics. La faute en revient en partie aux consommateurs qui absorbent un courant de charge non sinusoïdal du réseau ou qui ont une caractéristique non linéaire, par exemple les PC, les téléviseurs, les blocs d’alimentation à découpage, les lampes à économie d’énergie ou encore les variateurs de fréquence.
Répercussions sur le réseau et effets sur les appareils connectés
Tous les consommateurs mentionnés consomment un courant de charge non sinusoïdal. La part croissante de ces consommateurs non linéaires génère aujourd’hui des écarts de plus en plus importants par rapport à la forme purement sinusoïdale qui devrait être présente dans les réseaux d’alimentation. Cette forme sinusoïdale idéale ne se rencontre plus aujourd’hui dans les réseaux d’approvisionnement, ce qui est inévitable en raison de la non-linéarité des consommateurs et également admissible dans certaines limites.
Pour l’évaluation de la qualité du réseau, on considère typiquement les harmoniques jusqu’à 2,5 kHz, correspondant au 50e harmonique, pour les perturbations basse fréquence du réseau. Les effets les plus forts sont ceux des 3e, 5e et 7e harmoniques, c’est-à-dire les fréquences de 150, 250 et 350 Hz.
Un taux d’harmoniques trop élevé peut par exemple empêcher le bon fonctionnement de commandes électroniques sensibles, d’ordinateurs et d’appareils de régulation, voire entraîner la défaillance prématurée de certains consommateurs, apparemment sans explication logique. D’autres effets possibles sont
- Charge accrue, voire destruction, des installations de compensation de l’énergie réactive
- Nécessité de surdimensionner les composants du réseau tels que le transformateur ou les câbles
- Sécurité de fonctionnement et durée de vie limitées des composants du réseau et des consommateurs raccordés
La charge harmonique du réseau présente donc des inconvénients considérables pour l’installation et le consommateur.
Le réseau de transport, les transformateurs qui y sont intégrés ou les installations de compensation dans l’industrie sont calculés et conçus pour la fréquence nominale du réseau. Les charges supplémentaires dues aux perturbations du réseau sont rarement prises en compte lors de la planification des installations. Elles se traduisent par une charge de puissance réactive plus élevée des supports de transmission tels que les câbles et les transformateurs ; une « surcharge » due aux harmoniques peut entraîner des dommages pour certains consommateurs.
Mesures visant à garantir la qualité du réseau
Comme il existe une multitude de groupes de consommateurs et différentes valeurs limites d’émission de parasites, il est important d’évaluer objectivement la qualité de la tension du réseau en tenant compte des normes existantes. Il existe désormais des méthodes permettant de garantir un fonctionnement sans faille des réseaux électriques et d’éviter les réactions.
Les filtres harmoniques passifs, par exemple, qui consistent en un circuit LC, sont universellement utilisables. Ils ont un rendement élevé. Il est généralement de 98,5 %. De plus, la technique est très robuste et, à l’exception des ventilateurs d’air de refroidissement éventuellement présents, ne nécessite aucun entretien.
Pour les filtres passifs, il faut tenir compte de ce qui suit :
- Lorsqu’ils fonctionnent à vide, ils agissent comme une source de puissance réactive capacitive en raison des courants circulaires liés au filtre.
- Selon l’application, il est judicieux de regrouper les filtres et, le cas échéant, de les activer ou de les désactiver de manière sélective.
Une nouvelle voie, basée sur des semi-conducteurs optimisés et une technologie moderne de microprocesseurs, consiste à utiliser des systèmes de filtrage électronique actifs. Ceux-ci mesurent en permanence la qualité du réseau et injectent de manière ciblée dans le réseau à l’aide d’une source de courant active. Le résultat est alors un courant sinusoïdal. La mise en place de cette nouvelle génération de filtres est complexe et coûteuse par rapport aux mesures de filtrage mentionnées jusqu’à présent, car elle nécessite une acquisition de données haute résolution et rapide ainsi que des capacités informatiques élevées. La méthode la plus économique pour réduire les perturbations du réseau est d’ajouter des inductances, soit dans le circuit intermédiaire, soit à l’entrée des variateurs de fréquence. L’utilisation d’une self de réseau dans le variateur de fréquence prolonge le flux de courant pour charger les condensateurs du circuit intermédiaire, diminue l’intensité du courant. Les distorsions de la tension du réseau sont ainsi nettement réduites et il y a moins de réactions du réseau. En outre, la self de réseau augmente également la durée de vie des condensateurs du circuit intermédiaire, car ceux-ci se chargent plus doucement en coupant les pics de courant. De plus, les selfs de réseau améliorent la tenue en tension des variateurs de fréquence en cas de transitoires de réseau. En raison du faible courant d’entrée, les sections de câble et les fusibles de secteur sont également plus petits.
