Comprendre la norme IEEE 519-2014 pour les harmoniques

La norme IEEE 519-2014 établit des critères de distorsion harmonique de tension et de courant dans la conception des systèmes électriques. Il fournit des explications détaillées des formes d'onde de tension et de courant existantes dans tout le système et définit des objectifs de distorsion des formes d'onde pour les concepteurs de systèmes.

La norme fait l'objet de mises à jour périodiques pour rester alignée sur les avancées du secteur. Depuis sa création en 1981, il a été révisé à plusieurs reprises, la mise à jour majeure la plus récente étant IEEE 519-2014. Mises à jour supplémentaires en 2022 (détails disponibles ici). Cet article couvre les définitions des termes clés et les techniques d'évaluation statistique, en se concentrant sur les changements importants introduits dans l'édition IEEE 519-2014.

Définitions des termes importants dans IEEE 519

Pour comprendre les objectifs de ce document, les termes suivants sont définis. Pour les autres termes non définis ici, reportez-vous au dictionnaire en ligne des normes IEEE.

1. Nouvelles définitions

• Courant de charge maximal demandé : valeur du courant mesurée au point de couplage commun (PCC), calculée comme la moyenne des courants correspondant à la demande de pointe au cours des 12 mois précédents.
• Notch : une condition durant moins d'un demi-cycle, dans laquelle l'amplitude de la forme d'onde de tension inverse sa polarité normale.
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• Point de couplage commun (PCC) : point d'un système d'alimentation électrique public le plus proche d'une charge spécifique où d'autres charges peuvent également être connectées. Le PCC est situé en amont de l'installation concernée.
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2. Définitions redéfinies

• Rapport de court-circuit : rapport entre le courant de court-circuit disponible et le courant de charge à un emplacement spécifique, mesuré en ampères.
• Distorsion totale de la demande (TDD) : rapport de la moyenne quadratique du contenu harmonique, y compris les composantes harmoniques jusqu'au 50ème ordre, exprimé en pourcentage du courant de demande maximum. Les interharmoniques sont exclues. Des fréquences plus élevées peuvent être ajoutées si nécessaire.
• Distorsion harmonique totale (THD) : ​​rapport de la moyenne quadratique du contenu harmonique, y compris les composantes harmoniques jusqu'au rang 50, exprimé en pourcentage de la fondamentale. Les interharmoniques sont exclues. Des fréquences plus élevées peuvent être ajoutées si nécessaire.
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3. Définitions héritées

• Harmonique (composante) : élément de la série de Fourier d'une quantité périodique, telle que la troisième harmonique (180 Hz) dans un système à 60 Hz.
• Interharmonique (composante) : composante de fréquence d'une quantité périodique qui n'est pas un multiple entier de la fréquence de fonctionnement du système (par exemple, 50 Hz ou 60 Hz).
• Produit informatique : produit de l'amplitude efficace du courant (I) en ampères et de son facteur d'influence téléphonique (TIF).
• Produit kV-T : produit de l'amplitude de tension quadratique moyenne (V) en kilovolts et de son facteur d'influence téléphonique (TIF).
• Notch depth: The average depth of the line voltage notch from the voltage sine wave.
• Notch area: The area of the line voltage notch, calculated as the product of the notch depth in volts and the width of the notch in microseconds.
• Pulse number: The number of successive non-simultaneous commutations in a converter circuit during each cycle without phase control, equal to the principal harmonic order in the direct voltage.
• Telephone influence factor (TIF): The ratio of the square root of the sum of the squares of the weighted root-mean-square values of each sine-wave component (both fundamental and harmonic) to the root-mean-square value of the entire wave.
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Differences with the Previous Edition

New Measurement Method and Statistical Evaluation Technique

IEEE 519-2014 introduces new measurement methods and statistical evaluation techniques to determine compliance with recommended limits.

Harmonics Measurement Methods: Adopts the 10/12 cycle gapless harmonic subgroup measurement from IEC 61000-4-7. Aggregations of 150/180 cycles (~3 sec) and 10 min are required for statistical assessments.

Very Short Time Harmonic Measurements: Assessed over a 3-second interval based on an aggregation of 15 consecutive 12 (10) cycle windows for 60 (50) Hz power systems.

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• Short Time Harmonics Measurements: Assessed over a 10-minute interval based on an aggregation of 200 consecutive very short time values for a specific frequency component.

Statistical Evaluation

• Daily Evaluation: Calculates the 99th percentile value of very short time harmonics for comparison with recommended limits.
• Weekly Evaluation: Calculates the 95th and 99th percentile values of short time harmonics for comparison with recommended limits.
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IEEE 519-2014 Compliance Criteria

The suggested practice limits are applied at the point of common coupling (PCC) between the system owner or operator and system users. The PCC is often the point in the power system closest to the user where services to other users could be provided.

• Voltage Distortion Limits:
• Daily 99th percentile very short time (3 s) values should be less than 1.5 times the values given in the table below.
• Weekly 95th percentile short time (10 min) values should be less than the values given in the table below.
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• Table 1: Voltage distortion limits.
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• Current Distortion Limits:
• Daily 99th percentile very short time (3 s) harmonic currents should be less than 2.0 times the values given in the tables below.
• Weekly 99th percentile short time (10 min) harmonic currents should be less than 1.5 times the values given in the tables below.
• Weekly 95th percentile short time (10 min) harmonic currents should be less than the values given in the tables below.

Tables (IEEE 519-2014)

• Tableau 2 : Limites de distorsion de courant pour les systèmes évalués à 120 V – 69 kV.
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• Tableau 3 : Limites de distorsion de courant pour les systèmes évalués entre 69 kV et 161 kV.
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• Tableau 4 : Limites de distorsion de courant pour les systèmes évalués > 161 kV.
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Remarques:

• Les harmoniques paires sont limitées à 25 % des limites d’harmoniques impaires ci-dessus.
• Les distorsions de courant entraînant un décalage continu, telles que les convertisseurs demi-onde, ne sont pas autorisées.
• Tous les équipements de production d'électricité sont limités à ces valeurs de distorsion de courant, quel que soit l'ISC/IL réel.
• ISC : Courant de court-circuit maximum au PCC.
• IL : Courant de charge maximal demandé (composante de fréquence fondamentale) au PCC.