Flicker engendré par les fours à arc

Dans l’industrie bien des procédés sont générateurs de perturbations sur les réseaux de distribution des gros sites de production. Ces réseaux doivent répondre à des normes bien définies pour garantir le bon fonctionnement des appareils raccordés et le confort des utilisateurs. Les réseaux sont perturbés, soit du fait du procédé lui-même, soit du fait des actionneurs statiques qui alimentent lesdits procédés.

Une distinction doit être faite entre les différents pollueurs en fonction du mode d’alimentation : certains procédés sont alimentés en direct par le réseau, d’autres nécessitent des convertisseurs… Les laminoirs, les grosses machines à souder et certains fours à arc, dits à courant continu, ne sont pas raccordés directement sur le réseau, des convertisseurs alternatif/continu, à thyristors ou IGBT assurent l’interface. L’intérêt de ces convertisseurs c’est le contrôle du courant, qui est d’autant plus efficace que l’actionneur est rapide : à titre d’exemple, un pont de Graëtz triphasé, à thyristors, peut répondre en une arche, soit 3,3 ms sur un réseau à 50 Hz. Un pont de Graëtz est dit convertisseur direct, c’est avec la commutation naturelle des thyristors, que l’on passe du réseau à la tension continue. Les convertisseurs dits indirects comportent un convertisseur réseau de type Graëtz, un élément de stockage, généralement un condensateur, et un convertisseur de sortie avec des composants blocables par la commande de type GTO ou IGBT capables de fonctionner avec des fréquences de découpage largement supérieures à celle du réseau, donc pour la charge le temps de réponse est beaucoup plus court que celui d’un simple pont de Graëtz à thyristors.

C’est ainsi que, depuis une dizaine d’années, les procédés dont la puissance est inférieure à 10 MW sont alimentés par des convertisseurs indirects à IGBT, c’est en particulier le cas pour les gros laminoirs, les bloomings. Quand on utilisait pour les alimenter des convertisseurs directs à thyristors, du fait des variations de puissance réactive, les bloomings perturbaient les réseaux, mais les perturbations étaient équilibrées sur les trois phases, d’où le recours à des statocompensateurs ou SVC assez simples. Avec les fours à arc alternatifs dont la puissance peut dépasser les 100 MW, on a, en phase de fusion, des courts-circuits monophasés, dont les effets sur le réseau sont beaucoup plus délicats à limiter. À ce niveau de puissance, il n’est pas encore réaliste d’envisager des alimentations avec des convertisseurs indirects, mais il existe des fours, dits à courant continu, alimentés par des convertisseurs directs à thyristors, sur la base de ponts de Graëtz avec quelques évolutions topologiques destinées à réduire les variations de puissance réactive qui sont majoritairement responsables des perturbations sur les réseaux. Cela dit, surtout en début de fusion, même avec des fours à courant continu, les ruptures d’arc sont fréquentes, et du fait de la conversion directe, elles sont perçues par les réseaux…

L’objet de cet article est d’évaluer les perturbations engendrées par les fours à arc sur les réseaux de distribution et d’envisager les dispositifs de correction.