Les mesures standard du facteur de puissance masquent les pertes harmoniques coûteuses dans les centrales modernes.

De nombreux exploitants d'installations observent une lecture de facteur de puissance proche de 0,98 et en déduisent un rendement système maximal. Or, tous les composants inductifs n'offrent pas des performances équivalentes, car leurs rôles diffèrent selon leur emplacement dans le système et la présence d'harmoniques.

Le facteur de puissance réel est égal au facteur de puissance de déplacement multiplié par le facteur de puissance de distorsion. Le facteur de puissance de déplacement reflète le déphasage fondamental entre les formes d'onde de la tension et du courant, tandis que le facteur de puissance de distorsion mesure la distorsion harmonique totale générée par les entraînements non linéaires qui consomment des courants périodiques non sinusoïdaux.

Différences fondamentales dans l'atténuation inductive

Les condensateurs shunt standard ajustent les paramètres de déplacement, mais ne corrigent pas la distorsion de la forme d'onde. L'installation de réacteurs alternatifs désaccordés en série avec les condensateurs empêche la résonance harmonique au niveau des bancs de distribution, mais laisse la distorsion de courant sous-jacente générée par les équipements non linéaires de l'installation largement non atténuée.

L'atténuation directe nécessite une atténuation au niveau de l'équipement source. L'intégration d'une inductance de réponse (RC) dédiée au variateur de fréquence (VFD) aux bornes d'entrée du variateur lisse la consommation de courant, atténue les pics de tension du redresseur et supprime les harmoniques de rang 5 et 7, ce qui permet d'atteindre un facteur de distorsion (DTF) supérieur à 0,85 sans recourir à des batteries de condensateurs.

Points de contrainte mécaniques et électriques

Surchauffe du transformateur : Les courants harmoniques induisent un échauffement par courants de Foucault parasites dans les noyaux magnétiques et les conducteurs d'alimentation, entraînant des pertes par dissipation thermique malgré des indications de facteur de puissance fondamental élevées.

Dégradation par encoches de tension : La commutation rapide des diodes provoque d'importantes encoches de tension sur les lignes d'interconnexion. L'ajout d'une RC d'onduleur crée une impédance qui absorbe les pics de commutation transitoires avant que la pollution du bus de distribution ne se produise.

Choix de l'impédance appropriée
La conception du système cible impose un choix d'impédance approprié en fonction des rapports de court-circuit spécifiques au site. Le choix d'une RC de ligne d'impédance comprise entre 3 % et 5 % prévient la dégradation prématurée de l'isolation tout en minimisant l'injection totale de courant harmonique vers le transformateur.

Inductance de 3 % : Suffisante pour les applications industrielles générales nécessitant la prévention des déclenchements intempestifs des variateurs et une réduction de la distorsion harmonique totale sans provoquer de chutes de tension continues importantes à pleine charge nominale.

Inductance de 5 % : Recommandée pour les réseaux électriques rigides présentant une faible impédance de source, lorsque les objectifs de conformité à la norme IEEE 519 exigent une atténuation significative des pics de courant générés par le variateur et une correction du facteur de puissance.

Les systèmes de surveillance des installations doivent évaluer simultanément les composantes de distorsion et de déplacement. Le traitement des harmoniques en amont, au moyen de réacteurs placés au niveau des variateurs, permet d’éviter une dégradation thermique insidieuse, de réduire les frais liés à la puissance apparente appelée et de protéger les équipements de distribution contre des défaillances opérationnelles imprévues.