Étude de cas sur l'application d'un transformateur d'atténuation harmonique dans le domaine de la diffusion
La longueur et la taille d'un câble d'alimentation ont une incidence sur la distorsion harmonique de la tension. Nous allons examiner une situation réelle dans une station de télévision à Montréal. Le problème peut être simplifié à l'aide de ce schéma simplifié de l'installation électrique. Un transformateur de 112,5 kVA alimente une série de panneaux et de sous-panneaux qui alimentent plusieurs studios. Les charges sont non linéaires, à quelques exceptions près.
Le premier problème est apparu lorsque leur transformateur a commencé à surchauffer et a connu une série de dysfonctionnements qui se traduisaient par un bourdonnement (boucle de masse) sur leurs câbles de communication et de signal. Ils ont remarqué que certains studios du même bâtiment étaient plus touchés que d'autres. En y regardant de plus près, nous avons constaté que les studios les plus éloignés du transformateur étaient ceux qui rencontraient le plus de problèmes.
Une photo a d'abord été prise au niveau du secondaire du transformateur qui surchauffait. Après avoir constaté que la distorsion harmonique triple était élevée, un éliminateur de courant neutre (filtre zigzag à séquence zéro) a été installé à proximité du transformateur, car le premier panneau était physiquement proche. Normalement, ces transformateurs zigzag (filtres) sont de préférence installés à proximité de l'application afin d'annuler les harmoniques triples sur le neutre avant qu'elles n'atteignent l'impédance de la ligne. Le courant harmonique a été réduit de moitié environ au niveau du secondaire du transformateur.
Examinons maintenant les relevés du panneau le plus proche :
ACTUEL
Rapport harmonique de L1-I
| Commander | Module | Phase contre |
| THD | 70.69 | |
| DC | 0.53 | |
| 1 | 100.00 | 0.0 (+) |
| 2 | 0.34 | 355.8 (-) |
| 3 | 61.17 | 196.3 (+) |
| 4 | 0.48 | 191.5 (-) |
| 5 | ;33.51 | 23.8 (+) |
| 6 | 0.43 | 4.1 (+) |
| 7 | 10.66 | 202.1 (-) |
| 8 | 0.27 | 215.1 (+) |
| 9 | 3.14 | 333.3 (-) |
TENSION
Rapport harmonique de L1-V
| Commander | Module | Phase contre |
| THD | 3.13 | |
| DC | 0.21 | |
| 1 | 100.00 | 0.0 (+) |
| 2 | 0.05 | 37.3 (-) |
| 3 | 1.82 | 43.3 (+) |
| 4 | 0.18 | 278.1 (-) |
| 5 | 2.34 | 211.5 (+) |
| 6 | 0.10 | 269.0 (+) |
| 7 | 0.73 | 332.7 (-) |
| 8 | 0.07 | 76.1 (+) |
| 9 | 0.30 | 60.5 (-) |
Il existe une forte distorsion harmonique du courant due à l'équipement non linéaire utilisé dans une station de télévision, mais la tension harmonique reste dans la limite de 8 % recommandée par la norme IEEE-519.
L'exemple suivant examine le panneau le plus éloigné en tenant compte de l'effet de la longue distance et de l'impédance ajoutée sur le système:
ACTUEL
Harmonic Report of L3-I
| Commander | Module | Phase contre |
| THD | 56.48 | |
| DC | 1.15 | |
| 1 | 100.00 | 0.0 (+) |
| 2 | 0.64 | 271.1 (+) |
| 3 | 49.48 | 195.8 (+) |
| 4 | 0.39 | 44.6 (-) |
| 5 | 25.19 | 5.1 (+) |
| 6 | 0.39 | 209.8 (+) |
| 7 | 8.77 | 147.4 (+) |
| 8 | 0.23 | 23.9 (-) |
| 9 | 3.55 | 304.1 (-) |
VOLTAGE
Harmonic Report of L1-V
| Commander | Module | Phase contre |
| THD | 7.62 | |
| DC | 0.33 | |
| 1 | 100.00 | 0.0 (+) |
| 2 | 0.08 | 190.5 (+) |
| 3 | 7.01 | 24.0 (+) |
| 4 | 0.07 | 81.0 (-) |
| 5 | 2.57 | 207.9 (+) |
| 6 | 0.06 | 103.2 (+) |
| 7 | 0.96 | 334.0 (+) |
| 8 | 0.00 | 159.4 (-) |
| 9 | 0.84 | 13.9 (-) |
Il y a maintenant un courant harmonique élevé, mais inférieur à celui du premier panneau. La tension harmonique sur ce panneau est proche de la limite de 8 % recommandée par la norme IEEE 519. Cela va générer un courant neutre élevé et, de la même manière, en raison de la loi d'Ohm, une tension neutre-terre élevée (mode commun).
Les filtres à l'intérieur de l'équipement peuvent présenter des fuites vers la terre, ce qui rend la communication difficile, mais ce sujet complexe sera abordé dans une publication séparée.
La solution a consisté à installer un transformateur à impédance secondaire faible et à séquence zéro (transformateur d'atténuation des harmoniques) à proximité du studio qui rencontrait des problèmes. Ce transformateur présente un déphasage de 0° entre le primaire et le secondaire, a la capacité d'annuler les triples harmoniques sur son secondaire et a une faible impédance (< 0,95 %).
Ce transformateur et la courte distance entre les applications réduiront la distorsion de tension en dessous de la recommandation IEEE, comme cela a été le cas pour le premier transformateur équipé du filtre à séquence zéro.
L'annulation des 5e et 7e harmoniques sur ce bus primaire, qui n'ont pas été annulées sur le secondaire du transformateur, se poursuivra en raison du déphasage de 30° (triangle-étoile) des autres transformateurs, qui provoquent ces harmoniques sur le bus primaire.
De plus, la mise à la terre est très importante pour résoudre le problème du bruit sur la ligne. Si vous placez le fil de terre en série avec d'autres transformateurs, vous pourriez remarquer un bruit revenant entre les studios (boucles de terre) qui transfèrent les signaux et les données via les câbles de communication.
La taille de la mise à la terre isolée a été triplée jusqu'à la conduite d'eau principale. Les conducteurs alimentant les panneaux BZR (le secondaire du transformateur) étaient des conducteurs AWG RW 90 n° 3. Pour tripler la taille, nous avons utilisé du câble 4/0 AWG pour les neutres et les mises à la terre isolées. La mise à la terre nue pour le châssis des transformateurs est de type # 6 AWG nu. Comme nous alimentons des équipements électroniques, nous avons installé une mise à la terre isolée du châssis de type # 8 AWG vers les alimentations du panneau.
Lorsque nous avons transféré la mise à la terre vers le nouveau système, nous avons également éliminé la plupart des bruits et des ronflements sur les signaux vidéo.
CONCLUSION
Il n'existe pas de solution miracle pour tous les problèmes d'harmoniques, même si certains fabricants ont tendance à le prétendre dans leurs publicités. La plupart du temps, ces produits se composent de MOV, de filtres haute fréquence et parfois d'un petit transformateur (dans le meilleur des cas), emballés dans des boîtiers de différentes formes et immergés dans de l'époxy (impossible de savoir ce qu'il contient).
Une connaissance approfondie de votre application et une bonne compréhension des produits et solutions actuels devraient vous permettre de trouver une solution à vos problèmes électriques et d'assurer une protection supérieure à la moyenne pour tous les composants de votre installation.