Utilisation de la tension harmonique pour la détection des défauts à la terre
Pour l’étude du comportement des courants et tensions harmoniques dans le réseau compensé, on peut, en première approximation, considérer le réseau compensé comme un réseau isolé.
Justification
La réactance de la bobine de Petersen XP = ωLP augmente proportionnellement à la fréquence harmonique considérée. Par exemple, la réactance de la bobine de Petersen pour la 5e harmonique (250 Hz) est cinq fois plus élevée que pour la fondamentale (50 Hz). En revanche, la réactance
X_{CE} = \frac{1}{ωC_{xE}}du conducteur par rapport à la terre est inversement proportionnelle à la fréquence des harmoniques, c’est-à-dire que la réactance de la 5e harmonique n’est que 1/5 de la réactance de la fondamentale. Cela signifie que le courant capacitif vers la terre avec la même amplitude de tension de l’harmonique à l’entrée augmente proportionnellement à la fréquence de l’harmonique, c’est-à-dire que le courant de la 5e harmonique est cinq fois plus important que le courant de la fondamentale.
Évaluation de la direction de la puissance réactive de l’harmonique
Dans la première procédure de détection de la sortie défectueuse, une seule décision de direction est utilisée, c’est-à-dire qu’une distinction est faite uniquement entre un flux de courant capacitif et un flux de courant inductif. L’exigence de précision angulaire du transformateur de courant est donc beaucoup plus faible. Une erreur d’amplitude dans le transformateur n’affectera que le seuil de déclenchement.
La figure ci-dessous illustre les caractéristiques de déclenchement de la procédure harmonique (a) comparées à celles de la procédure watt-métrique (b).
Dans la procédure watt-métrique, le courant actif de la projection du courant nul est détecté sur la tension homopolaire UNE. Pour les grandes sorties capacitives, l’erreur angulaire entre la mesure du courant et la mesure de la tension conduit à des « courants actifs apparents » importants. Ces « courants actifs apparents » s’ajoutent au courant actif réel dans la sortie concernée et peuvent l’augmenter ou le réduire. Il peut en résulter une sur- ou une sous-excitation du relais.
En revanche, l’évaluation des courants harmoniques est beaucoup moins critique et peut être réduite à une simple décision directionnelle des courants harmoniques.
Évaluation comparative
Dans la deuxième procédure, l’amplitude du courant harmonique est évaluée. Il est important de comparer les courants harmoniques des différentes sorties et de rechercher la sortie présentant le contenu harmonique relatif le plus élevé. Cette sortie est considérée comme défectueuse.
En revanche, l’évaluation des courants harmoniques est beaucoup moins critique et peut être réduite à une simple décision de direction des courants harmoniques.
Inversement, si seule l’ampleur du courant harmonique doit être évaluée, cela conduirait à un fonctionnement quotidien insuffisant ou excessif du relais. Comme l’a montré la lettre d’information 14 (partie 1), la tension harmonique dépend fortement du courant harmonique dans la charge. Les principales causes de courants harmoniques sont les circuits de redressement utilisés dans les convertisseurs de fréquence pour les entraînements électriques ou dans les téléviseurs, les PC, etc. Les courants de magnétisation non linéaires des transformateurs, qui circulent même lorsque les transformateurs fonctionnent au ralenti, sont également inclus. La structure du consommateur permet de conclure que le contenu harmonique fait l’objet d’un cours journalier et d’un cours hebdomadaire. Les convertisseurs de fréquence sont principalement utilisés pendant la journée pour les entraînements, tandis que les téléviseurs sont davantage allumés le soir. Les valeurs les plus basses pour la tension harmonique peuvent donc être attendues pendant le week-end et dans la seconde moitié de la nuit. Mais aussi sur la base des courants de magnétisation mentionnés, les courants harmoniques ne tombent jamais à zéro.
En raison de cette dépendance temporelle des tensions harmoniques, il n’est pas possible de fixer un seuil absolu pour le courant harmonique afin de détecter une sortie défectueuse. Une analyse comparative des courants harmoniques des différentes sorties élimine toutefois la dépendance temporelle, puisque seul le courant harmonique relativement le plus important est représenté.
L’avantage de cette procédure est qu’il n’est pas nécessaire d’observer la direction du transformateur de courant connecté. Cependant, au moins trois sorties sont nécessaires et, dans ce cas, la sortie la plus courte doit représenter au moins 5 % du réseau total pour permettre une distinction claire.
Pour les deux processus d’évaluation, il est important de disposer d’un réseau sain aussi grand que possible (sorties B et C dans la figure 4). La figure 4 montre clairement que le courant mesuré traverse la capacité de la sortie saine. Le courant capacitif de la sortie défectueuse ne contribue en rien à l’évaluation.
