Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Après avoir placé les fours à arc dans leur environnement réseau, l’article évalue les différentes perturbations engendrées. Pour la clarté des explications, un certain nombre de rappels sont faits sur le fonctionnement des fours de fusion et sur le flicker qui est la perturbation majeure engendrée par les fours à arc. Le statocompensateur ou SVC est largement évoqué, ainsi que les STATCOM solution plus moderne… Suivant leur diffusion, nous avons décrit d’autres technologies moins perturbatrices des réseaux, les redresseurs associés aux fours à courant continu et des solutions plus futuristes. En fin d’article les solutions de filtrage sont développées, avec un accent particulier mis sur l’amortissement.
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After assessing the status of arc furnaces in their electrical environment, the paper describes the various types of perturbations generated in the network. For the purposeofclarity, the paper recalls the principles of functioning of meltingfurnacesandtheir flicker effect which stands for the main disturbances caused by arc furnaces. The static VAR compensator, SVC, represents the more conventional means to adjust the reactive power. The paper also mentions the STATCOM. Based on their degree of diffusion, other various technologies are recounted and classified according to their impact on the networks. Rectifiers dedicated to direct current furnaces and more futuristic solutions. To conclude, the paper expands upon filtering solutions with a specific highlight on the damping effect.
Auteur(s)
-
Jacques COURAULT : Ancien directeur des développements en électronique de puissance - Alstom Power Conversion, France
INTRODUCTION
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.
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KEYWORDS
filtering | electrical networks | reactive power | static VAR compensator (SVC)
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Conclusion
En anglais
5. Le filtrage
5.1 Contexte
La puissance réactive est une préoccupation importante, tant au niveau des coûts que de la perturbation des réseaux, que l’on cherche à satisfaire en disposant sur le réseau des batteries de condensateurs. L’enclenchement de ces batteries doit ce faire en limitant les creux de tension donc les courants au moment de la mise sous tension. Pour cela des inductances sont mises en série: les ensembles condensateurs inductances forment des filtres qui sont calculés de manière à ne pas introduire des résonances qui seraient cause de surtensions sur les installations. Une ligne aérienne ou un câble souterrain peut être assimilé à une structure répartie d’inductances et de condensateurs susceptibles d’osciller et d’être à l’origine de dysfonctionnements graves des installations. D’où assez souvent la nécessité d’introduire des amortissements pour les fréquences possibles d’oscillation. La solution la plus classique, pour introduire ces amortissements, est de le faire avec des filtres amortis.
L’ensemble des condensateurs doit fournir la puissance réactive de compensation nécessaire pour le respect du contrat passé avec le distributeur d’énergie. Le calcul d’un filtre doit prendre en compte :
-
les harmoniques générés par la charge ;
-
les harmoniques éventuellement préexistants sur le réseau ;
-
les caractéristiques du réseau, puissance de court-circuit (ses variations) et les autres filtres éventuellement présents sur le réseau ;
-
les variations de fréquence du réseau. Très important pour les réseaux ilotés, un exemple typique les réseaux de bord d’un bateau ;
-
les fréquences de télétransmission ;
-
le TIF (Telephone Interference Factor), voir IEEE Std 519-1992, il s’agit d’une courbe de pondération en fonction de la fréquence, avec un maximum à environ 2 50 Hz. Cette contrainte devrait disparaître, ou s’atténuer, avec la généralisation des fibres optiques ;
-
la tolérance des divers composants, inductances et condensateurs. La variation de ces composants dans le temps, c’est éventuellement le cas des condensateurs avec fusibles incorporés ;
Tout ceci pour répondre d’une part, aux normes imposées par le distributeur d’énergie, et d’autre part pour...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - POSTIGLIONE (G.) - Nouvelle alimentation pour les fours à arc alternatifs. - Thèse, Institut National Polytechnique de Toulouse (2006).
-
(2) - GOLLENTZ (B.) - Étude et maîtrise du flicker engendré par les fours à arc de sidérurgie. - Thèse, Université de Franche-Comté.
-
(3) - HINGORANI (N.G.), GYUGYI (L.) - Understanding facts. - IEEE Press.
-
(4) - MATHUR (R.M.), VARMA (R.) - Thyristor-based facts controllers for electrical transmission systems. - IEEE Press.
-
(5) - COURAULT (J.) - Aperçu du fonctionnement des fours à arc. - Revue 3EI, n° 95 (2019).
-
(6) - COURAULT (J.) - Perturbations engendrées sur les réseaux par les fours à arc....
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