Comment compenser un déséquilibre triphasé ?

—Décomposition étape par étape de la solution d'atténuation hybride Reactor + SVG

Dans les installations industrielles, les centres de données et les centrales électriques d'énergie renouvelable, le déséquilibre triphasé, entraînant des pertes de ligne importantes et des dommages matériels, est devenu un problème majeur des systèmes électriques mondiaux. Selon la norme IEEE 1159, un déséquilibre triphasé de 10 % peut réduire le rendement des transformateurs de 6 % et augmenter les pertes dans les câbles de 200 %. Cet article, basé sur des normes internationales telles que la CEI 61000-3-6 et l'ANSI C84.1, propose une analyse approfondie des principes d'atténuation collaborative des réacteurs et des générateurs statiques de tension (SVG), ainsi que des données de validation technique interrégionales.

1. Causes du déséquilibre triphasé et pertes économiques quantifiées

● Causes profondes :

(1)Connexion de charge asymétrique :Les équipements monophasés de forte puissance (par exemple, les fours à arc, les postes à souder) concentrés sur une seule phase peuvent entraîner des différences de courant de phase supérieures à 15 %. Par exemple, un courant de phase atteint 300 A, tandis que les deux autres ne sont que de 180 A, ce qui entraîne un déséquilibre de 40 % (formule de calcul : % de déséquilibre = (Courant de phase max. – Courant moyen) / Courant moyen × 100 %).

(2) Source de tension asymétrique :Les écarts de tension côté réseau (par exemple, une baisse de 5 % de la tension de la phase A) entraînent une distribution électrique triphasée inégale (limite standard IEEE 1159-2019 : 2 %).

(3) Déséquilibre induit par défaut :Les ruptures de ligne ou les défauts de mise à la terre provoquent des changements soudains d'impédance dans une phase, entraînant une surtension du courant homopolaire (jusqu'à 1.5 fois le courant de phase).

● Impacts directs :

(1)Décalage du point neutre :Un courant de ligne neutre surchargé (la norme CEI 60364-5-52 stipule ≤ 30 % du courant de phase) peut provoquer une surchauffe du câble ou même des incendies.

(2) Surtension due à la perte du transformateur :Le courant de séquence négative déforme le flux magnétique du noyau, augmentant les pertes par courants de Foucault de 200 % (données de test IEC 60076-1).

2. Principe fondamental de compensation des réacteurs et stratégies de sélection

● Mécanisme d'équilibrage triphasé du réacteur homopolaire

(1)Principe physique :

La réactance homopolaire augmente l'impédance de la ligne neutre, limitant ainsi le passage des courants déséquilibrés. Lorsqu'un courant de phase est excessif, la réactance force une partie du courant à revenir par les deux autres phases, équilibrant ainsi la charge triphasée.

(2) Effets de compensation :

--Suppression du courant de ligne neutre :Le courant déséquilibré de 100 A est réduit à 35 A (réduction de 65 %) avec un réacteur de 50 mH.
 --Réduction des pertes du transformateur :Les composantes de séquence négative diminuent de 70 %, réduisant les pertes de noyau de 18 % (données de test IEC 60076-8).

(3)Formule de sélection :

Exemple : pour supprimer un courant déséquilibré de 100 A dans un système de 400 V, un réacteur de 6.4 mH est requis (conforme aux normes IEEE 3003.3).

● Effet de suppression harmonique des réacteurs de filtrage

(1)Élimination de la 3ème harmonique :Un réacteur avec une réactance de 7 %, en série avec un condensateur, forme un circuit de filtre coupe-bande de 150 Hz avec un rapport d'impédance de 20:1, permettant d'obtenir une atténuation du courant harmonique > 85 %.

(2) Optimisation du courant de ligne neutre :Dans le cas d'un centre de données, le courant de ligne neutre est passé de 210 A à 55 A (réduction de 74 %).

Validation technique :

3. Compensation dynamique et contrôle d'équilibrage triphasé de SVG

● Détection en temps réel et injection de courant inverse

(1)Mécanisme de compensation dynamique :SVG utilise des puces DSP haute vitesse (par exemple, TI TMS320F28379D) pour échantillonner les courants triphasés à 10 kHz, détecter les composantes inverses et générer des courants de compensation inverses. Par exemple, en cas de surcharge du courant de la phase A, SVG injecte des courants de compensation dans les phases B et C afin d'équilibrer la somme vectorielle triphasée.

(2) Effets de contrôle :

--Temps de réponse :≤ 20 ms (conforme aux exigences de la norme IEC 61000-4-30 Classe A).
 -- Précision de la compensation :Réduit le déséquilibre de 25 % à moins de 2 %.

--Technologie de stabilisation de la tension du bus CC

(3) Mesures et effets :

-- Stockage d'énergie par supercondensateur :Les modules supercondensateurs parallèles 48 V/165 F (par exemple, Maxwell BMOD0165) limitent les fluctuations de tension du bus CC à ± 1.5 % (solutions traditionnelles : ± 5 %).

-- Support de puissance réactive dynamique :Pendant la sortie de puissance réactive SVG, les condensateurs se déchargent instantanément pour maintenir la stabilité de l'onduleur.

(4)Données de cas :

4. Exploitation collaborative et mise en œuvre technique d'une solution hybride

● Principes de conception de synergie au niveau du système

(1)Règles d'adaptation d'impédance :Le rapport d'impédance entre le réacteur et le SVG doit satisfaire :

Explication de la formule :

--X_réacteur :Impédance du réacteur (2πfL)
--X_SVG:Impédance équivalente SVG (déterminée par            fréquence de commutation de l'onduleur et paramètres de filtrage)

Importance:Un rapport faible affaiblit l’efficacité du réacteur, tandis qu’un rapport élevé peut provoquer une résonance.

(2) Comparaison des coûts :

● Mise en œuvre de l'ingénierie de bout en bout

(1) Surveillance de la qualité de l’énergie :Utilisez Hioki PW3390 pour enregistrer formes d'onde de courant triphasé pendant ≥ 7 jours (fréquence d'échantillonnage de 200 kHz), identifiant les bandes harmoniques dominantes.

(2)Modélisation de simulation :Construisez un modèle de grille dans ETAP pour valider les risques de résonance sous les 5e/7e harmoniques (l'écart du rapport d'impédance doit être compris entre ±10 %).

(3) Installation de l'équipement :

-- Les réacteurs sont connectés en série à la ligne neutre, avec un espacement ≤ 5 m pour minimiser les effets d'impédance de ligne.
--Les points de connexion parallèle SVG doivent être proches du côté charge (longueur de câble ≤ 15 m).

(4) Mise en service conjointe :Effectuer des tests de charge à 100 % pour vérifier le temps de réponse du SVG et l'augmentation de la température du réacteur (≤65K, norme IEC 60076-6).

En résumé

La solution hybride d'atténuation des émissions (réacteur + SVG), certifiée selon les normes internationales (CEI 62586-2, IEEE 3003.3), a permis de réaliser des économies d'énergie annuelles de 18 à 25 % dans des projets industriels en Europe et en Asie du Sud-Est. Pour des solutions personnalisées, contactez notre équipe technique internationale pour une prestation complète, de l'analyse de la qualité de l'énergie à l'intégration des équipements.

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