Systèmes, mise en service et qualité de l’énergie
Un relevé de la qualité de l’onde et des harmoniques mesure la distorsion que des équipements à convertisseurs, comme les systèmes de stockage d’énergie par batteries et les redresseurs, imposent à la tension et au courant à leur raccordement au réseau. Il montre si l’installation demeure dans les limites d’harmoniques qui protègent les autres usagers du réseau.
Un relevé d’harmoniques enregistre de combien la tension et le courant à un point choisi s’écartent d’une onde sinusoïdale pure, et décompose cet écart en ses composantes harmoniques. Les équipements construits autour de l’électronique de puissance, y compris les onduleurs et les redresseurs des systèmes de stockage d’énergie par batteries et les redresseurs qui alimentent des réseaux à courant continu, absorbent ou injectent un courant non sinusoïdal, et ce courant produit de la distorsion dans la tension du réseau auquel ils sont raccordés. Le relevé mesure les deux aspects : la distorsion de courant, qui décrit ce que l’installation injecte, et la distorsion de tension, qui décrit l’état de l’alimentation au point de raccordement. Les mesures sont prises à un point défini, habituellement l’interconnexion avec le distributeur ou la distribution principale, au moyen d’un analyseur de qualité de l’onde et des transducteurs de courant et de tension adaptés au réseau. Dans les essais de réception, le relevé est souvent facultatif ou prescrit pour les gros convertisseurs, et il peut comprendre un enregistrement de la qualité de l’onde au démarrage, lorsque l’équipement est mis en ligne pour la première fois.
La distorsion harmonique est un problème silencieux. Elle échauffe les transformateurs, les câbles et les neutres davantage que la charge fondamentale ne l’explique, elle fait surchauffer ou entrer en résonance les condensateurs, elle perturbe les relais de protection et les compteurs, et elle peut déranger l’électronique sensible, les variateurs et les communications. Comme la distorsion de tension en un point de raccordement est partagée par tous les clients alimentés à partir de ce point, un gros convertisseur peut dégrader le service des voisins en plus de celui de son propriétaire, ce qui explique que les distributeurs et les normes imposent des limites à ce qu’une installation raccordée peut injecter. Un relevé à la mise en service répond à la question pratique de savoir si le nouvel équipement respecte ces limites dans le réseau réel, avec l’impédance réelle de l’alimentation, et pas seulement sur la fiche technique du fabricant. Il consigne aussi la référence : l’état de l’alimentation avant et après le fonctionnement de l’équipement. Quand des plaintes surgissent plus tard, une référence vaut bien davantage qu’un instantané pris alors que le problème est déjà présent.
Toute onde périodique qui n’est pas une sinusoïde pure peut être décrite comme une somme de sinusoïdes à la fréquence fondamentale et à des multiples entiers de celle-ci, appelés harmoniques. Les charges non linéaires, comme les redresseurs et les onduleurs, absorbent du courant par impulsions, si bien que leur courant contient des harmoniques dont les rangs dépendent de la conception du convertisseur. Lorsque ce courant traverse l’impédance de l’alimentation, il crée une chute de tension à chaque fréquence harmonique, et c’est cela qui déforme la tension. La distorsion se résume de deux façons. Le taux de distorsion harmonique total compare le contenu harmonique combiné à la fondamentale. Pour le courant, une mesure plus significative compare le contenu harmonique au courant de demande maximal de l’installation, afin qu’un moment de faible charge n’exagère pas la distorsion apparente. Les rangs harmoniques individuels sont aussi examinés, car les limites s’appliquent habituellement à chaque rang en plus du total. L’importance de la distorsion de tension que produit un courant donné dépend de la robustesse de l’alimentation au point de raccordement, ce qui explique que le rapport entre le courant de court-circuit disponible et le courant de charge régisse les limites applicables.
Le relevé commence par la définition du point de mesure, qui est normalement le point de couplage commun où l’installation se raccorde au réseau, ainsi que par le schéma unifilaire, la plaque signalétique du convertisseur et les caractéristiques de l’alimentation. Un analyseur de qualité de l’onde d’une classe adaptée à la mesure des harmoniques est raccordé aux tensions et, par des transducteurs de courant, aux courants en ce point, et son horloge, ses calibres et ses réglages sont confirmés. La mesure est menée sur une période assez longue pour saisir les régimes de fonctionnement qui comptent, avec l’équipement à divers niveaux de puissance et, pour un système de stockage, en modes de charge et de décharge. L’instrument enregistre le contenu harmonique, la distorsion totale et le comportement de la tension et du courant dans le temps, et le comportement au démarrage peut être saisi lorsque l’équipement est mis en ligne pour la première fois. Les règles de sécurité pour le travail à proximité de conducteurs sous tension s’appliquent, et les connexions sont faites de manière que l’instrument ne puisse ouvrir un circuit de transformateur de courant. Le régime de fonctionnement de l’équipement pendant la mesure, la configuration de l’alimentation et toute autre charge importante du réseau sont notés, puisqu’ils façonnent tous le résultat.
Le dossier identifie l’installation et le point de mesure, décrit l’instrument, sa classe et son état d’étalonnage ainsi que les transducteurs utilisés, et indique comment les données ont été agrégées. Il rassemble la distorsion mesurée, l’état de fonctionnement des équipements durant chaque partie de l’étude et les conditions d’alimentation à ce moment. Il précise aussi comment la demande et la puissance du réseau au point de raccordement ont été établies, car les limites applicables en dépendent. Ces détails comptent, car les niveaux d’harmoniques varient avec la charge et avec le reste du réseau, de sorte qu’un résultat n’a de sens qu’accompagné des conditions qui l’ont produit.
Les résultats sont jugés selon des limites qui dépendent de la robustesse de l’alimentation par rapport à l’installation, du niveau de tension du réseau et du rang harmonique. La distorsion de tension au point de raccordement est comparée aux limites propres à la classe de tension, pour la distorsion totale et pour les harmoniques individuelles. La distorsion de courant est comparée à des limites qui dépendent du rapport entre la puissance de court-circuit au point de raccordement et le courant de demande maximal de l’installation, appliquées aux rangs individuels et à la distorsion totale de demande. Les mesures sont normalement évaluées en termes statistiques sur la période de mesure, et non d’après une lecture de crête isolée. IEEE 519-2022 est la norme publiée pour la maîtrise des harmoniques dans les réseaux de puissance et fixe les limites et les recommandations de mesure. ANSI/NETA ATS-2025 range le relevé parmi les éléments de réception électrique des systèmes de stockage d’énergie par batteries, où il est facultatif au démarrage. Pour les tableaux de limites et les modalités de leur application, servez-vous de vos propres exemplaires sous licence, qui demeurent l’autorité.
À la réception, le relevé établit si une nouvelle installation à convertisseurs respecte les limites et crée une référence pour la suite. Au cours de sa vie, le même relevé peut être repris après des changements à l’installation ou à l’alimentation, ou à la suite d’une plainte. Le type d’équipement change ce qui est attendu. Un système de stockage d’énergie par batteries a deux modes, la charge et la décharge, dont le comportement harmonique diffère, et le système doit être observé dans les deux. Un redresseur qui alimente un réseau à courant continu absorbe un courant dont le contenu harmonique dépend de sa disposition de pulsations et de sa charge. Le point de mesure varie aussi : une installation de grande envergure est mesurée à l’interconnexion à moyenne tension, alors qu’une installation plus petite peut l’être à un jeu de barres principal à basse tension. Les alimentations faibles amplifient l’effet sur la tension d’un courant donné, de sorte que le même équipement peut satisfaire aux limites sur un réseau robuste et échouer sur un réseau faible. La méthode et les limites suivent la norme applicable dans chaque cas.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
La distorsion de courant décrit le courant non sinusoïdal que l’équipement absorbe ou injecte. La distorsion de tension décrit l’état qui en résulte pour l’alimentation au point de raccordement. Les deux sont liées par l’impédance du réseau et se mesurent et se jugent séparément.
Parce que c’est là que l’installation rencontre le réseau que partagent d’autres clients, et c’est donc là que les limites s’appliquent. Mesurer ailleurs peut exagérer ou sous-estimer ce que le reste du réseau subit réellement.
Un système de stockage par batteries se comporte différemment en charge et en décharge, et sa distorsion peut varier selon le niveau de puissance. Un seul point de fonctionnement peut manquer le pire cas, si bien que le relevé couvre les modes et les niveaux de puissance pertinents.
IEEE 519-2022 fixe les limites d’harmoniques et les recommandations de mesure, et ANSI/NETA ATS-2025 range le relevé parmi les éléments de réception des systèmes de stockage par batteries. Servez-vous de vos exemplaires sous licence pour les tableaux et les détails.
UltraDb renvoie aux normes ASTM, ANSI, IEEE, NETA, NFPA, NEMA, FAA, TIA et IEC de façon descriptive, afin d’identifier les méthodes publiées à partir desquelles ses formulaires sont créés. UltraDb et Verlecta ne sont ni affiliés, ni cautionnés, ni certifiés, ni autorisés par NETA, ASTM, ANSI, IEEE, NFPA, NEMA, FAA, TIA, IEC ou Megger. Les noms des normes et les numéros de section sont la propriété de leurs organisations respectives. Effectuez toujours les essais selon l’édition que précise votre contrat. Lorsqu’une norme est vendue par la boutique en ligne d’ANSI, Verlecta peut toucher une commission sur un achat effectué par notre lien, sans frais supplémentaires pour vous. Une commission ne décide jamais des normes que nous citons ni de la façon dont un formulaire est construit.