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1 SOMMAIRE Titre Page 0 AVANT PROPOS GÉNÉRALITÉS Objet Domaine d application Portée Encadrements connexes Définitions LIMITATION DU NIVEAU D ÉMISSION D HARMONIQUES Documents de référence Mise en garde Étapes à suivre pour évaluer le niveau d émission d harmoniques Niveau 1 d évaluation - Évaluation simplifiée du niveau d émission d harmoniques Critères d acceptation Documents à transmettre à Hydro-Québec Distribution Niveau 2 d'évaluation - Évaluation détaillée du niveau d'émission d'harmoniques Calcul et limitation du niveau d'émission d'harmoniques Vérification du risque de résonance des batteries de condensateurs Calcul des impédances harmoniques du réseau Calcul des limites d'émission de l'installation électrique du client Conception des filtres ACCEDWEB

2 corporative sectorielle page 2 de Vérification à l'aide de mesures sur le site Documents à transmettre à Hydro-Québec Distribution COORDINATION ÉLECTRIQUE POUR PRÉVENIR LES INTERFÉRENCES TÉLÉPHONIQUES RESPONSABLE DE L'IMPLANTATION RESPONSABLES DE L'APPLICATION ANNEXES A - Définitions B - Établissement des limites d'émission globales d'harmoniques du réseau de distribution. 26 C - Exemples de calcul du niveau d émission d harmoniques de l'installation d'un client D - Valeurs typiques des courants harmoniques de charges non linéaires E - Principe de sommation des composantes harmoniques F - Méthode de calcul de l'impédance harmonique du réseau de distribution... 44

3 corporative sectorielle page 3 de 48 0 AVANT PROPOS La présente norme a été mise à jour sous la responsabilité de M. Denis Ruest, ingénieur, Services conseil Utilisation de l énergie, vice-présidence Services à la clientèle, à partir du guide C Limites d émission d harmoniques pour les clients raccordés au réseau de distribution d Hydro-Québec (septembre 1996). L'équipe de travail était composée également de Pierre Bernèche, technicien, Plan de réseau Laurentides, Georges Simard, Orientations du réseau, direction Planification du réseau et Guy Légaré, formateur, Formation technique distribution. Cette norme décrit les exigences techniques relatives à l émission d harmoniques des installations de clients raccordées au réseau de distribution d Hydro-Québec. Elle contient : - une première section traitant de généralités applicables à l ensemble du document ; - une seconde section détaillant la méthode d évaluation simplifiée du niveau d émission d'harmoniques. Cette évaluation simplifiée fait appel à des calculs simples qui permettent de déterminer si les installations électriques à l étude doivent être analysées en détail. Cette partie se veut facile d application et les calculs peuvent être effectués par du personnel technique ayant les connaissances de base nécessaires ou par le client lui-même. Ensuite cette section traite de la méthode d évaluation détaillée du niveau d émission d'harmoniques. Cette évaluation détaillée fait appel à des calculs plus complexes qui permettent de déterminer si les installations électriques dépassent les limites d'émission. Cette partie est destinée à du personnel technique ayant les connaissances nécessaires au calcul du niveau d'émission d harmoniques. Hydro-Québec offre son assistance dans la compréhension de ces méthodes ; - les annexes fournissant de l information additionnelle ainsi que la définition de certains termes techniques utilisés dans cette norme. 1 GÉNÉRALITÉS 1.1 Objet Cette norme a pour objet d énoncer les exigences techniques relatives à la limitation d émission d'harmoniques auxquelles doivent satisfaire les installations électriques des clients afin d assurer une qualité de service adéquate pour tous les clients. 1.2 Domaine d application Les exigences techniques relatives à l émission d harmoniques et les méthodes d évaluation contenues dans ce document s appliquent aux installations électriques raccordées au réseau de distribution à une tension variant entre 120/240 V et 34,5 kv. Plus spécifiquement, elles s appliquent : aux projets de raccordement de nouvelles installations électriques de clients au réseau de distribution et à la remise en service d installations électriques désaffectées ou fermées ;

4 corporative sectorielle page 4 de 48 aux projets d addition d équipements perturbateurs ou de modification des caractéristiques des équipements déjà raccordés; aux installations existantes qui perturbent le réseau de distribution électrique. Ces exigences techniques ne s appliquent pas aux installations électriques raccordées directement au réseau de transport d Hydro-Québec. Le document intitulé Exigences techniques pour les installations de clients raccordées au réseau de transport d'hydro-québec couvre ce domaine d application. Cette norme ne s'applique pas à la clientèle résidentielle. 1.3 Portée Cette norme s adresse à toute personne appelée à traiter des demandes de raccordement au réseau de distribution, en moyenne tension et en basse tension. Les clients doivent se conformer aux exigences de raccordement qu elle contient. 1.4 Encadrements connexes Les encadrements d Hydro-Québec connexes à cette norme sont les suivants: le Règlement 634 sur les conditions de service d'électricité; la norme E Exigences techniques relatives à la protection et à l émission de perturbations des installations de clients raccordées au réseau de distribution d Hydro-Québec. 1.5 Définitions Les définitions de certains termes utilisés dans la présente norme sont versés à l'annexe A. 2 LIMITATION DU NIVEAU D ÉMISSION D HARMONIQUES L onde de tension ou de courant déformé, produite par les charges non linéaires, est représentée mathématiquement par les harmoniques. L'onde de tension ou de courant est décomposée en une multitude d'ondes sinusoïdales dont les fréquences correspondent à des multiples entiers (rangs harmoniques) de la fréquence fondamentale (60 Hz). Par exemple, la fréquence de l'harmonique de rang 3 (aussi appelée troisième harmonique) est de 180 Hz et son amplitude correspond à la partie du signal qui est à 180 Hz. Si toutes les amplitudes des rangs sont additionnées, l'onde originale est reconstituée. Les courants harmoniques sont injectés dans le réseau par des convertisseurs de puissance et d autres sources d harmoniques (charges non linéaires). Ils sont considérés comme une source de courant, c'est-àdire qu'ils doivent trouver un chemin pour circuler. Des tensions harmoniques résultent de la circulation de ces courants harmoniques à travers l'impédance du chemin parcouru (impédance équivalente du réseau au point commun de raccordement). Ces tensions harmoniques se superposent à la tension fondamentale du réseau.

5 corporative sectorielle page 5 de 48 L objectif de la limitation des harmoniques est de restreindre le niveau d'émission à un niveau acceptable selon les normes de façon à ce que les équipements sensibles puissent fonctionner en compatibilité avec le réseau. Puisque ces tensions harmoniques résultent des courants harmoniques et de l impédance, cela revient à limiter les courants injectés par les charges non linéaires sur le réseau. Les limites d émission d harmoniques s appliquent aux charges productrices d harmoniques, identifiées lors d une nouvelle alimentation, lors d un ajout d équipement ou lors de la détection d une installation électrique dépassant le niveau d émission prescrit. Hydro-Québec Distribution limite le niveau de distorsion de tension sur son réseau dans les conditions courantes d exploitation (voir l'annexe B). Ceci implique qu elle s assure que les conditions de résonance sur son réseau dues aux caractéristiques mêmes du réseau n entraînent pas de niveau de distorsion de tension non conforme aux normes alors que tous les clients individuels respectent leurs limites d émission de courants harmoniques. Hydro-Québec Distribution établit des limites d émission spécifiques pour chaque client en fonction de la puissance de son installation électrique et des caractéristiques du réseau au point commun de raccordement. Le client doit respecter les limites d émission d'harmoniques spécifiées par Hydro-Québec Distribution, à son point commun de raccordement. Les harmoniques normalement préexistantes et l impédance du réseau au point commun de raccordement doivent être considérées lors de la conception des filtres et des batteries de condensateurs pour la correction du facteur de puissance (ou pour d'autres applications) afin de minimiser leur interaction avec le réseau de distribution. Dans le cas où des conditions favorisant le phénomène de résonance existent entre le réseau et l installation électrique du client (ex.: condensateurs), le client est tenu d apporter les correctifs nécessaires à son installation ou d appliquer des moyens de mitigation pour respecter les limites d émission qui lui ont été prescrites. Hydro-Québec Distribution fournit au client les caractéristiques du réseau nécessaires aux évaluations requises. L évaluation et le choix de la méthode pour réduire le niveau d émission demeurent la responsabilité du client. 2.1 Documents de référence La limitation de l émission d harmoniques est basée principalement sur les documents suivants : CAN/CSA C Environnement - Niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence et la transmission des signaux sur les réseaux publics d alimentation basse tension (norme CEI adaptée au Canada);

6 corporative sectorielle page 6 de 48 CAN/CSA C Environnement - Niveaux de compatibilité pour les perturbations conduites à basse fréquence et la transmission des signaux sur les réseaux publics d alimentation moyenne tension (norme CEI adaptée au Canada); CAN/CSA C Compatibilité électromagnétique (CEM) Partie 3 Limites - Section 7 : Évaluation des limites d émission pour les charges déformantes raccordées aux réseaux MT et HT - Publication fondamentale en CEM (norme CEI adaptée au Canada; CAN/CSA-C22.3 n o 3-F98 (C2003) Coordination électrique (interférence téléphonique). 2.2 Mise en garde La vérification effectuée par Hydro-Québec Distribution des résultats de l évaluation des niveaux d émission de perturbations des charges du client et l approbation de ces études visent uniquement à s assurer que l'installation électrique du client est conçue pour respecter les présentes exigences. Même si les exigences sont satisfaites, cela ne constitue pas une garantie de bon fonctionnement des équipements du client. Par exemple, il est possible que le niveau de perturbation de l installation électrique du client soit trop élevé pour assurer le fonctionnement adéquat de certains de ses équipements malgré que les limites d émission soient respectées au point de raccordement. Une limitation supplémentaire des perturbations pourrait alors être requise du côté de l installation électrique du client selon les besoins spécifiques de ses équipements. Dans ce cas, le client devra réexaminer l immunité ou l émission de perturbations de ses équipements. 2.3 Étapes à suivre pour évaluer le niveau d émission d harmoniques Pour chaque client souhaitant raccorder des charges non linéaires, deux niveaux d évaluation sont définis : Le niveau 1 d évaluation consiste en une évaluation simplifiée du niveau d émission d harmoniques. Il permet l approbation d une installation ayant des charges non linéaires, sans évaluation détaillée. Le niveau 2 d évaluation, si requis, nécessite une évaluation détaillée. Il s applique normalement à des charges non linéaires importantes. La figure 1 résume ces deux niveaux d évaluation.

7 corporative sectorielle page 7 de 48 A Puissance de court-circuit (S cc ) PCR Puissance de référence (S r ) Puissance perturbatrice pondérée S pmi Client = S M j pj j Non Respect du critère 1? S pmi / S cc Oui Non Respect du critère 2? h r - h Oui Vérification de la syntonisation h = r S Q cc c Acceptation Niveau 1 Niveau 2 Calcul des impédances harmoniques Calcul des courants harmoniques émis au PCR Calcul des limites d émission de tensions harmoniques Calcul des fréquences de résonnance Calcul des limites d émission de courants harmoniques au PCR Oui Respect des limites? Non Vérification au moyen de mesures (si requis) Ne respecte pas les limites Modification ou ajout d un moyen de mitigation Respecte les limites Acceptation Figure 1 Processus d approbation du niveau d émission d harmoniques d une installation

8 corporative sectorielle page 8 de Niveau 1 d évaluation - Évaluation simplifiée du niveau d émission d harmoniques Critères d acceptation Le niveau d émission d harmoniques d une installation électrique ayant peu de charges non linéaires par rapport à la puissance de court-circuit du réseau peut être approuvé par Hydro-Québec Distribution sans évaluation détaillée du niveau d émission si cette évaluation est conforme aux deux critères d approbation qui suivent. Par contre, si les condensateurs du client ne sont pas tous connectés à la même barre, ou encore si ces condensateurs sont désyntonisés par rapport aux fréquences caractéristiques du réseau, alors une étude détaillée (niveau 2 d évaluation) est requise. a) Critère 1 Le rapport entre la puissance perturbatrice pondérée et la puissance de court-circuit triphasé au PCR doit remplir les conditions du tableau suivant: Tableau I Critère 1 d approbation du niveau d émission d harmoniques Puissance de référence S r (MVA) (S pmi/ S cc ) x 100 (%) S r < 1 0,15 1 S r < 3 0,2 3 S r < 5 0,4 S r 5 0,6 - S pmi : puissance perturbatrice pondérée du client. - S cc : puissance de court-circuit triphasé au PCR dans le pire des cas (niveau le plus faible). La puissance perturbatrice pondérée (S pmi ) se calcule à l aide de la formule suivante : S pmi Où : = j S pj M j - S pj est la puissance nominale de la j e charge non linéaire; - M j est le facteur de pondération de la j e charge non linéaire, tiré du tableau II.

9 corporative sectorielle page 9 de 48 Tableau II Facteurs de pondération pour différentes charges non linéaires connues Type de charge Forme de l'onde de courant Distorsion de courant Facteur de pondération (M j ) Bloc d alimentation monophasé pour charge électronique (télévision, ordinateur, etc.) 80 % 3 e élevée 2,5 Convertisseur semi-commandé 2 e, 3 e et 4 e élevées pour de faibles valeurs de charge 2,5 Redresseur à 6 pulsations, lissage capacitif, pas d inductance série (entraînement à vitesse variable (EVV)) 80 % 2,0 Redresseur à 6 pulsations, lissage capacitif, inductance série 3 % (entraînement c. c.) 40 % 1,0 Redresseur à 6 pulsations, lissage capacitif, avec inductance série pour le lissage du courant (EVV) 28 % 0,8 Gradateur de tension alternative Varie selon l angle d allumage 0,7 Redresseur à 12 pulsations (EVV) 15 % 0,5 Redresseur à 18 pulsations (EVV) 10 % 0,33

10 corporative sectorielle page 10 de 48 b) Critère 2 Le deuxième critère à respecter vise à vérifier les risques de résonance impliquant les condensateurs du client. Afin de minimiser les risques de résonance, les écarts minimaux doivent être respectés pour chacun des rangs harmoniques (h) (voir tableau III) et ceci pour chacune des combinaisons de gradins possibles des batteries de condensateurs. Tableau III Critère 2 d approbation du niveau de résonance harmonique Rang harmonique (h) Écart minimal à respecter h = 5, 7, 11, 13, 17,... impaires sauf les multiples de 3 h > 0, 35 h = 2, 4, 6, 8, 10,... paires h > 0, 10 h = 3, 9, 15, 21, 27,... triplets h > 0, 15 h r h r h r L équation h r - h, où h r est la fréquence de résonance, ne doit être vérifiée que pour les deux rangs harmoniques adjacents à h r (rang supérieur et inférieur). Si les condensateurs du client sont tous connectés à la même barre, la fréquence h r peut être obtenue par la formule suivante : h = r S Q cc c Où: - S cc est la puissance de court-circuit triphasé au point de raccordement de la batterie de condensateurs (kva); - Q c est la puissance nominale ou des gradins de la batterie de condensateurs (kvar). La fréquence de résonance (h r ) doit être calculée pour tous les gradins possibles des batteries de condensateurs Documents à transmettre à Hydro-Québec Distribution Le client doit fournir à Hydro-Québec Distribution les résultats de son évaluation simplifiée accompagnés des renseignements et documents suivants : le schéma unifilaire de l'installation électrique; la liste de toutes les charges non linéaires ainsi que leurs spécifications; la liste et les spécifications des transformateurs, des condensateurs et des filtres, s il y a lieu; toute autre information requise par Hydro-Québec Distribution pour le traitement de la demande.

11 corporative sectorielle page 11 de Niveau 2 d'évaluation - Évaluation détaillée du niveau d'émission d'harmoniques Si une installation ne satisfait pas aux conditions du niveau 1 d évaluation, le client devra alors procéder à une évaluation détaillée du niveau d'émission de perturbations causées par son installation sur le réseau de distribution pour démontrer qu elle est conçue pour respecter les limites prescrites. Le niveau 1 d'évaluation n'est pas satisfait lorsque au moins un des deux critères n'est pas satisfait. Le premier critère étant la puissance totale pondérée des charges perturbatrices en fonction de la puissance de court-circuit disponible, et le deuxième critère étant la syntonisation des batteries de condensateur. Le client doit respecter les limites d'émission de courants harmoniques spécifiées par Hydro-Québec Distribution, au point commun de raccordement (PCR). Le client doit tenir compte, dans la conception de son installation, de l absorption d'harmoniques si des filtres ou des batteries de condensateurs pour la correction du facteur de puissance (ou pour d'autres applications) sont raccordés, en prenant les précautions d usage en ce qui concerne les interactions avec les harmoniques normalement préexistantes sur le réseau de distribution d'hydro-québec. La figure 2 montre le processus d évaluation détaillée du niveau d émission d harmoniques d une installation. Chaque étape du processus est décrite dans les sections suivantes et des exemples de calculs sont versés à l'annexe C.

12 corporative sectorielle page 12 de 48 A Client Calcul des impédances harmoniques Z hi Calcul des limites d émission des tensions harmoniques L = Uhi G hmt + BT a S i F S c t Calcul des courants harmoniques émis au PCR DHTI i = h I hi = I j I hj 2 hi Calcul des limites d émission de courants harmoniques au PCR U L 1 Uhi 10 L 3 Ihi = Z L = DHTIi 3 hi 1. 3 L Ihi max Oui Respect des limites d émission du client? I L hi DHTI Ihi i L DHTIi Non Modification de la charge ou ajout d un moyen de mitigation Vérification au moyen de mesures (si requis) Ne respecte pas les limites Respecte les limites Acceptation Figure 2 Processus d évaluation détaillée du niveau d émission d harmoniques d une installation (niveau 2 d'évaluation)

13 corporative sectorielle page 13 de Calcul et limitation du niveau d'émission d'harmoniques Pour lui permettre d effectuer l évaluation détaillée, Hydro-Québec Distribution fournit à chaque client un tableau des impédances harmoniques complexes au PCR. Les impédances sont calculées selon trois scénarios d'exploitation du réseau pour couvrir les variations d'impédance. Ce tableau servira à Hydro- Québec Distribution pour calculer les limites d'émission, ainsi qu au client pour, s il y a lieu, établir les caractéristiques de ses filtres et de ses batteries de condensateurs ou pour les désyntoniser. Le tableau doit contenir les données suivantes: Tableau des impédances harmoniques Rang harmonique (h) DHTl i Scénario fort Scénario moyen Scénario faible module angle module angle module angle Hydro-Québec Distribution fournit aussi au client la limite d'émission à respecter pour chaque rang harmonique, calculée en fonction de la distorsion harmonique sur le réseau de distribution, de l'impédance harmonique du réseau et de la puissance de référence du client. Le client doit fournir à Hydro-Québec une étude, faite par un ingénieur, des courants harmoniques calculés à son PCR, en tenant compte du raccordement de ses charges non linéaires. Cette étude devra être validée par Hydro-Québec. Pour évaluer le niveau d émission de perturbations provenant de son installation dans les conditions courantes d'exploitation ou de fonctionnement, le client doit tenir compte des conditions simultanées les plus défavorables ainsi que des fonctionnements fréquents ou prolongés en régime dégradé susceptibles de se produire plus de 5 % du temps dans une année. Les courants harmoniques (I hi ) doivent être déterminés en utilisant la valeur du courant maximal à chaque fréquence (rang) harmonique pouvant être produit par la charge non linéaire sur toute sa gamme possible d'opérations dans des conditions courantes d'exploitation ou de fonctionnement. Ces données sont souvent spécifiées par le fabricant des équipements (voir exemples à l'annexe D). Dans le cas où un client installe plusieurs charges non linéaires, l'évaluation des courants I hi doit se faire globalement et le courant harmonique total sera calculé selon le principe de sommation des composantes harmoniques (voir l'annexe E).

14 corporative sectorielle page 14 de 48 Le client doit fournir à Hydro-Québec Distribution un tableau similaire au tableau ci-dessous. Ce tableau indique le courant harmonique maximal de chaque rang harmonique pour chacune des charges et le courant harmonique total selon le principe de sommation des composantes harmoniques. Tableau des courants harmoniques maximaux Rang harmonique (h) Charge non linéaire n o 1 I hi max (A) Charge non linéaire n o 2 I hi max (A) Charge non linéaire n o n I hi max (A) DHT DHTI i = I hi total (selon le principe de sommation) (A) Le niveau de distorsion harmonique total (DHTI i ) est établi au moyen de la formule suivante: DHTI i = I hi h 2 Les valeurs de courants injectés (I hi ) et le facteur de distorsion (DHTI i ) doivent être comparés avec les limites d'émission correspondantes. Si certaines de ces limites sont dépassées, le client doit modifier la conception de son installation ou ajouter des moyens de mitigation afin de se conformer aux limites prescrites Vérification du risque de résonance des batteries de condensateurs Souvent, les installations des clients industriels sont équipées de condensateurs pour la correction de leur facteur de puissance. Ces condensateurs peuvent causer des résonances parallèles avec l'impédance du réseau (ligne de distribution et/ou transformateur abaisseur). Les courants harmoniques injectés par les charges non linéaires dont la fréquence est proche de cette fréquence de résonance (généralement entre la 2 e et la 13 e harmonique, mais plus souvent entre la 5 e et la 7 e ) sont amplifiés. À la fréquence de résonance parallèle, ces courants amplifiés peuvent causer des distorsions de tension excessives et des problèmes à l'intérieur de l'installation du client. De plus, les courants harmoniques réels injectés sur le réseau de distribution seront plus élevés que ceux obtenus par calcul sans considérer la présence des condensateurs. Dans le cas où il y a également des condensateurs shunts sur le réseau de distribution, les valeurs des courants injectés dépendront aussi de l'interaction entre les condensateurs du client et ceux du réseau ainsi que l'impédance du réseau.

15 corporative sectorielle page 15 de 48 Il est donc important que le client tienne compte de cet aspect lors de son calcul des courants harmoniques qu'il injecte sur le réseau. Dans la plupart des cas, il lui faudra avoir recours aux services d un expert étant donné la complexité des calculs. Une simulation numérique à l'aide d'un logiciel spécialisé tenant compte de la configuration du réseau et de l'installation du client (différents gradins ou étages de compensation) sera souvent nécessaire. A Client Calcul des impédances harmoniques Z hi Calcul des fréquences de résonance des batteries de condensateurs Risque de résonance de la batterie de condensateurs du client? Oui Le client doit modifier la conception de ses batteries de condensateurs Non Acceptation Figure 3 Processus de vérification des fréquences de résonance Calcul des impédances harmoniques du réseau Pour être en mesure de calculer les limites d'émission, il est nécessaire de déterminer l'impédance maximale du réseau à chaque fréquence harmonique au PCR. Hydro-Québec Distribution fournit au client un tableau des impédances harmoniques complexes au PCR calculées selon la méthode versée à l'annexe F. Il s agit ici de l impédance harmonique maximale du réseau évaluée en composante directe seulement, sans tenir compte de l effet de l'installation du client. Les impédances harmoniques utilisées pour le calcul du niveau d'émission devraient représenter le pire cas, soit l'impédance la plus élevée pour chaque rang harmonique. Ceci est justifié par le fait que la structure du réseau n'est pas fixe, de telle façon que l'impédance varie selon la configuration du réseau et

16 corporative sectorielle page 16 de 48 le niveau de la charge. Étant donné qu'hydro-québec Distribution planifie le réseau en fonction des pires cas, l'approche simplifiée consiste à utiliser une enveloppe des différentes courbes d'impédance possibles. Voici les règles qu'hydro-québec Distribution suit pour calculer cette enveloppe d'impédances maximales: a) À l'aide d'un schéma de référence (voir exemple à la figure 4), trois scénarios différents de niveau de charge et de configuration sont simulés. - Scénario fort : Niveau de charge parallèle correspondant à la charge de pointe du réseau (ligne et barre du poste). Les Mvar de compensation de la barre du poste doivent être au maximum correspondant à la charge de pointe. Les condensateurs en réseau doivent être modélisés. - Scénario moyen : Niveau de charge parallèle correspondant à la charge moyenne ou 66 % de la charge de pointe, ce qui correspond aux périodes de charge moyenne. Les Mvar de compensation de la barre du poste devraient être au niveau correspondant à cette charge. Les condensateurs en réseau doivent être modélisés. - Scénario faible : Niveau de charge parallèle correspondant aux périodes de faible charge ou à 33 % de la charge de pointe. Les Mvar de compensation de la barre du poste doivent être au minimum correspondant à cette charge. Les condensateurs en réseau qui sont normalement hors service l'été doivent être ignorés et ceux qui sont branchés en permanence doivent être modélisés. Aussi, pour les installations de clients électriquement proches du poste de distribution, le nombre de transformateurs en parallèle dans le poste aura un effet important sur l impédance. Ainsi, dans le scénario faible, il faut considérer l indisponibilité d un transformateur parmi ceux qui sont reliés en parallèle. La capacitance associée aux grandes longueurs de câbles souterrains (départs de postes) devrait être prise en compte si elle est significative par rapport à la capacitance des condensateurs. À titre indicatif, la capacitance d'un câble 750 MCM est de l'ordre de 0,24 µf/km (environ 100 µs/km ou encore 60 kvar/km à 25 kv). b) Les trois courbes d'impédance (modules seulement) obtenues à l'étape précédente sont intégrées à un même graphique afin d identifier le maximum des trois courbes pour chaque rang harmonique. c) Les maxima à chaque fréquence trouvés à l'étape précédente sont les valeurs de l'impédance harmonique (Z hi ) à utiliser pour calculer les limites d'émission.

17 corporative sectorielle page 17 de 48 Barre A Condensateurs sur la barre du poste Poste Ligne de distribution Barre B Barre C Barre D Charge en parallèle sur la barre du poste Condensateurs et charge en réseau en amont du client Condensateurs et charge en réseau en aval du client Client Figure 4 Schéma de référence À titre d'exemple, les figures 5 et 6 montrent respectivement les trois courbes d'impédance d'un réseau typique avec des condensateurs sur la barre du poste et en réseau (hors service l'été) et les courbes des angles de ces impédances en fonction de la fréquence Z h, 1 Z h, 2 Z h, h scénario fort scénario moyen scénario faible 50 Figure 5 Impédances en fonction de la fréquence selon les trois scénarios de niveau de charge

18 corporative sectorielle page 18 de AngleZ h, 1 AngleZ h, 2 AngleZ h, scénario fort scénario moyen scénario faible Figure 6 Angles des impédances en fonction de la fréquence selon les trois scénarios de niveau de charge Le paragraphe C.2 de l annexe C donne un exemple de calcul de ces impédances, basé sur un modèle de réseau simple (voir figure 7 à l'annexe C). Le résultat de ce calcul est un tableau (courbes d'impédances) modules et angles en fonction de la fréquence (ou du rang harmonique). Le modèle tient compte de la charge parallèle raccordée à la ligne du client et de la charge parallèle de la barre du poste (autres lignes). Il tient compte également de la présence possible de condensateurs sur la barre du poste et sur la ligne du client Calcul des limites d'émission de l'installation électrique du client Pour chaque client, seulement une fraction de la contribution globale aux harmoniques (G hmt+bt ) sera prescrite (voir annexe B). L'approche privilégiée pour allouer ces portions serait de prendre le rapport entre la puissance de référence S r du client et la capacité ferme d'alimentation (S t ) du réseau considéré (S t étant généralement plus grand que la somme de toutes les puissances de référence S r des installations de clients alimentées par le réseau considéré). Un tel critère est basé sur le fait que la puissance référence d'un client est souvent liée à sa contribution aux coûts d'investissement du réseau. Donc, si L Uhi est la limite d'émission de tensions harmoniques de rang h du client, l'application du principe de sommation (voir l'annexe E) donne : h α i α L Uhi = GhMT + BT

19 Ou encore : i α α L Uhi = GhMT + BT corporative sectorielle page 19 de 48 Les limites individuelles étant proportionnelles à la puissance de référence S r du client, alors la formule précédente sera satisfaite par : L Uhi = G a hmt + BT Sr F S c MT Où : - L Uhi est la limite d'émission de tensions harmoniques de rang h pour le client i (% de la tension fondamentale) ; - G hmt+bt est la contribution globale acceptable pour les charges moyenne et basse tension à l'harmonique h sur le réseau moyenne tension (voir tableau VI à l'annexe B) (% de la tension fondamentale) ; - S r est la puissance de référence du client (MVA) ; - S MT est la capacité d'alimentation de la barre du poste à l'étape ultime (MVA) ; - F c est le facteur de coïncidence des charges perturbatrices, en général = 0,4 ; - α est l'exposant issu du principe de sommation (voir l'annexe E). Étant donné que la capacité ferme d'alimentation S t n'est pas composée entièrement de charges non linéaires qui ne sont pas nécessairement en usage simultanément, un facteur de coïncidence F c est ajouté. Celui-ci a pour effet d'augmenter les limites individuelles. Ensuite, à partir des impédances calculées avec la méthode de la section 2.5.3, on déduit les limites d'émission de courants harmoniques. L Ihi = L Uhi U Z hi Où : L Ihi est la limite d'émission de courants harmoniques de rang h pour le client i (A); L Uhi est la limite d'émission de tension harmonique de rang h pour le client i (A); U 1 est la tension nominale phase-phase à 60 Hz (kv); Z hi est l'impédance équivalente du réseau d'alimentation au PCR.

20 corporative sectorielle page 20 de 48 La limite d'émission de la distorsion harmonique totale DHTI en courant est fixée à 1,3 fois la plus grande limite d'émission calculée, soit: DHTI = i 1,3L Ini max Où : L Ini max est la limite d'émission maximale de courants harmoniques de rang h (A); DHTI i est la distorsion harmonique totale en courant (A) pour le client i. En résumé, ces limites d'émission sont des portions des niveaux de planification. Puisque l'objectif de qualité de la tension est de ne pas dépasser ces niveaux de planification, alors on les partage entre les clients en proportion du rapport de leur puissance de référence et de la capacité totale du réseau. On tient compte dans ce partage des contributions qui viendront du réseau haute tension (niveaux de planification HT), de la non-coïncidence des différentes charges perturbatrices et du facteur d'atténuation lorsque le poste est équipé d'inductance série. Le principe de cette approche est que, si la capacité totale du réseau est utilisée (pleine charge) et que tous les clients injectent leurs limites individuelles, les niveaux de tensions harmoniques résultants sur le réseau seront égaux ou inférieurs aux niveaux de planification Conception des filtres Hydro-Québec Distribution fournit au client un tableau des impédances harmoniques du réseau au PCR dans le cas où ces données sont requises pour l'installation d'une batterie de condensateurs ou la conception d'un filtre harmonique. Dans ce cas-ci, les impédances fournies doivent être complexes. Autrement dit, Hydro-Québec fournira au client le module et l'angle de l'impédance à chaque fréquence. Si le client possède ou souhaite installer des condensateurs, ces informations lui seront nécessaires pour déterminer quelles seront ses émissions de courants harmoniques sur le réseau (contribution nette au PCR), attribuables au phénomène de résonance. De plus, dans le cas où l'installation de filtres passifs est nécessaire pour respecter les limites d'émission, le client devra connaître les impédances complexes du réseau au PCR pour effectuer les calculs des caractéristiques de ses filtres. Puisque la conception des filtres doit être adéquate en tout temps, le client aura à sa disposition les impédances et leurs angles pour les trois scénarios Vérification à l'aide de mesures sur le site Lorsque l'étude indique que certaines limites d'émission d'harmoniques pourraient être dépassées ou qu'elles sont près des limites supérieures, des vérifications doivent être faites à l'aide de mesures des courants et des tensions harmoniques, lors de la mise en service de l installation du client ou en tout autre temps, à la convenance d'hydro-québec Distribution et du client. Toutefois, ces mesures ne remplacent pas les études techniques.

21 corporative sectorielle page 21 de 48 Si des mesures sont requises, elles s'échelonneront sur une période minimale d'une semaine et dans des conditions normales d'exploitation. Les phénomènes transitoires (tels que les creux de tension, les surtensions, etc.) ne doivent pas être considérés dans la mesure des émissions. Les installations pourront être acceptées si les deux conditions suivantes sont satisfaites: 1) La probabilité d'occurrence hebdomadaire à 95 % des valeurs efficaces mesurées sur 10 minutes est inférieure à la limite d'émission individuelle. 2) La valeur efficace maximale mesurée sur 3 secondes pendant une période d'une semaine est inférieure à 1,5 fois la limite d'émission individuelle Documents à transmettre à Hydro-Québec Distribution Le client doit fournir à Hydro-Québec les résultats de son évaluation détaillée accompagnés des renseignements et documents suivants: le schéma unifilaire de l'installation; la liste de toutes les charges linéaires et non linéaires avec leurs spécifications détaillées; la liste et spécifications des transformateurs, des condensateurs et des filtres, s'il y a lieu; un rapport d'analyse des harmoniques basé sur les informations ci-dessus et sur celles fournies par Hydro-Québec Distribution. Ce rapport doit indiquer le niveau d'émission prévu de courants harmoniques de l'installation. 3 COORDINATION ÉLECTRIQUE POUR PRÉVENIR LES INTERFÉRENCES TÉLÉPHONIQUES L'association canadienne de normalisation a publié la norme CAN/CSA-C22.3 n o 3-F98 (C2003) Coordination électrique. Cette norme énonce les principes et les techniques applicables à la coordination électrique entre les exploitants de réseaux d'électricité et de communication lorsque du brouillage existe ou est prévisible entre les deux réseaux. Il s'agit d'un guide à l'intention des personnes ayant de l'expérience dans le domaine de l'interférence entre les réseaux d'électricité et de communication. La norme vise à aider à résoudre les problèmes de coordination entre les entreprises. Cette norme traite de l'influence des réseaux électriques aux fréquences allant du courant continu jusqu'à 17 khz, attribuable au couplage électrique et magnétique, ou par la conduction entre les deux réseaux, la continuité des masses et la mise à la terre. Bien que cette norme traite des fréquences jusqu'à 17 khz, il existe présentement peu d'informations au-delà de 3 khz. Elle traite également du fonctionnement normal du réseau électrique, y compris le déséquilibre des phases et les conditions anormales et les défauts. La norme traite du brouillage attribuable aux installations électriques aériennes et souterraines, de même que de l'appareillage des postes électriques, dans la mesure où cet appareillage a un effet sur le brouillage. Les lignes électriques aux tensions d'utilisation (moins de 750 V) sont spécifiquement exclues de cette norme, de même que le brouillage à l'intérieur de bâtiments ou d'édifices commerciaux ou industriels.

22 corporative sectorielle page 22 de 48 Cette norme permet d'interpréter les valeurs suivantes dans les installations d'électricité et de communication existantes ou proposées: l'influence électrique de la fréquence fondamentale, des fréquences harmoniques et des fréquences non harmoniques; le bruit longitudinal, ou bruit à la terre; le couplage mutuel entre les lignes d'électricité et de communication; la tension à 60 Hz induite longitudinalement; le bruit métallique, ou en mode normal; l'équilibre d'un câble; l'élévation du potentiel de terre, y compris la composante asymétrique, dite décalage en courant continu. La norme résume les techniques associées à la coordination électrique et présente certaines solutions à des problèmes typiques. On y traite en détail des niveaux de coordination de paramètres électriques pertinents; la norme présente une méthode pour faciliter l'atteinte d'une coordination électrique optimale entre les exploitants de réseaux d'électricité et de communication à l'intérieur des limites de juridiction communes. Lorsqu'il y a du brouillage ou lorsqu'on anticipe du brouillage, on devrait s'assurer que le brouillage dépasse le seuil admissible ou le niveau de coordination établi avant d'entreprendre des travaux préventifs ou correctifs communs. Si des correctifs doivent être apportés, la norme présente des lignes directrices techniques et administratives permettant d'atteindre une solution globale optimale. 4 RESPONSABLE DE L'IMPLANTATION Le directeur Planification du réseau, de la vice-présidence Réseau, est responsable de l'implantation de la présente norme. 5 RESPONSABLES DE L'APPLICATION Les chefs Plans de réseau sont responsables de l'application de la présente norme.

23 corporative sectorielle page 23 de 48 ANNEXE A Définitions

24 corporative sectorielle page 24 de 48 Charge non linéaire : Charge tirant un courant non sinusoïdal lorsqu elle est alimentée par une tension sinusoïdale. Client : Personne, société, corporation ou organisme titulaire d un ou de plusieurs abonnements d électricité. Compatibilité électromagnétique : Aptitude d un appareil, d un équipement ou d un système électrique à fonctionner de manière satisfaisante dans son environnement sans produire lui-même de perturbations intolérables pour tout ce qui se trouve dans cet environnement. Conditions courantes d exploitation : Régimes habituels d exploitation où le réseau et les équipements des clients sont en opération normale. Les variations hebdomadaires du niveau de charge font partie des conditions courantes d exploitation. Ces conditions courantes représentent les conditions d opération qui sont susceptibles statistiquement de se produire plus de 5 % du temps sur une année. Les conditions exceptionnelles, extrêmes et les cas de force majeure ne sont pas considérés comme des conditions courantes d'exploitation. Cycle : Durée d une période de l onde fondamentale de la tension alternative du réseau. Pour une fréquence de 60 Hz, cette durée est de 1/60 e de seconde, soit 16,67 millisecondes. Équipement perturbateur : Équipement, appareil, système, dispositif ou procédé pouvant générer des harmoniques, du déséquilibre de tension, des variations rapides de tension, du papillotement, ou toute combinaison de ces perturbations. Harmoniques (h) : Tensions ou courants sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale du réseau (60 Hz). Une onde déformée peut être analysée à l aide de sinusoïdales à fréquence fondamentale et de multiples de la fréquence fondamentale. En plus des distorsions ou déformations de l onde électrique fournie par le réseau, les harmoniques peuvent causer de l interférence sur les circuits de communication situés au voisinage. Immunité : Tolérance d un équipement aux perturbations véhiculées sur le réseau ou produites par les autres équipements du client. Aptitude d un dispositif, d un appareil ou d un système à fonctionner sans dégradation en présence d une perturbation électromagnétique. Impédance du réseau : Valeur correspondant à la somme quadratique de la résistance et de l inductance de la source, calculée à partir d un point du réseau. Installation électrique : Ensemble des équipements électriques alimentés ou à être alimentés par Hydro- Québec, en aval du point de raccordement. Limite d émission : Valeur maximale, spécifiée par Hydro-Québec Distribution, du niveau d émission d une installation électrique.

25 corporative sectorielle page 25 de 48 Niveau d émission : Niveau d une perturbation donnée, émise par un dispositif, un appareil ou un système particulier, et mesurée ou calculée selon une méthode reconnue. Niveau de planification : Niveau acceptable d une perturbation sur le réseau, utilisé à des fins d exploitation pour maintenir une qualité d alimentation qui respecte les normes en vigueur. Point commun de raccordement au réseau (PCR) : Point situé sur le réseau, le plus proche électriquement de l'installation du client, auquel les installations d autres clients sont ou peuvent être raccordées. Point de raccordement : Point où est reliée au réseau d Hydro-Québec l installation électrique du lieu où l électricité est fournie. Probabilité d'occurrence à x %: Valeur de non-dépassement probable en enlevant x % des pires valeurs. Par exemple: une probabilité d'occurrence hebdomadaire de 95 % est la valeur maximale enregistrée sur une période d'une semaine en enlevant les 5 % des valeurs les plus élevées. Puissance de court-circuit (S cc ) : Valeur exprimée en MVA de la puissance de court-circuit triphasé du réseau de distribution au point commun de raccordement de l'installation électrique d'un client. Cette puissance est évaluée par Hydro-Québec Distribution aux fins de l application des limites d émission de perturbations. Puissance de référence (S r ) : Puissance maximale de l installation électrique du client au moment d établir les limites d émission applicables. Cette puissance est utilisée pour calculer les limites d émission de perturbations d une installation électrique. Puissance du réseau MT (S MT ) : Puissance du réseau moyenne tension à l'étape ultime de son évolution (MVA). Tension nominale du réseau basse tension : Tension efficace servant à désigner un réseau électrique basse tension. Les tensions nominales basse tension s établissent comme suit : 120/240 V, dans le cas d un réseau monophasé; 120/208 V et 347/600 V, dans le cas d un réseau triphasé, en étoile avec neutre mis à la terre; 240 V et 600 V, dans le cas d un réseau triphasé en triangle. Tension nominale du réseau moyenne tension : Tension efficace entre phases servant à désigner un réseau électrique moyenne tension. Aux fins de la présente norme, les tensions nominales (V nom ) s établissent comme suit : 4,16 kv, 12,47 kv, 13,2 kv, 13,8 kv, 24,94 kv et 34,5 kv. Les nouvelles installations électriques moyenne tension doivent être conçues pour recevoir la tension à 14,4/24,94 kv. Les articles 35 et 36 du Règlement 634 précisent les règles à suivre pour déterminer les tensions nominales des nouvelles installations raccordées en moyenne tension.

26 corporative sectorielle page 26 de 48 ANNEXE B Établissement des limites d'émission globales d'harmoniques du réseau de distribution

27 corporative sectorielle page 27 de 48 Pour chaque rang harmonique, la tension harmonique réelle sur un réseau moyenne tension est la résultante vectorielle de la tension harmonique provenant du réseau source HT et des tensions harmoniques résultantes de toutes les charges non linéaires alimentées par le réseau MT (incluant les charges non linéaires alimentées en basse tension et qui peuvent être considérées comme une partie de la charge du réseau MT). Cette tension harmonique totale ne doit pas excéder le niveau de planification correspondant. Donc, les contributions globales acceptables des charges moyenne tension et basse tension se calculent avec la formule suivante, en utilisant le principe de sommation des composantes harmoniques présenté à l'annexe E: α α G nmt + BT = PhMT ( ThHm PhHT ) α Où : - G hmt+bt est la contribution globale acceptable pour les charges moyenne et basse tension à la h e harmonique sur le réseau moyenne tension (% de la tension nominale); - P hmt est le niveau le planification à la n e harmonique pour le réseau moyenne tension (% de la tension nominale); - P hht est le niveau le planification à la n e harmonique pour le réseau haute tension (% de la tension nominale); - T hhm est le coefficient de transfert entre le réseau haute tension et moyenne tension (typiquement T hhm = 1) - α est l'exposant issu du principe de sommation de l'annexe E. Les valeurs des niveaux de planification sont données aux tableaux IV et V et les résultats sont donnés au tableau VI. Par exemple, la formule précédente a été appliquée pour le rang harmonique 5: 1,4 4 1,4 1, G 5 MT +BT = 5 2 = 4 %

28 corporative sectorielle page 28 de 48 Tableau IV Valeurs cibles des niveaux de planification pour les tensions harmoniques sur le réseau MT (en % de la tension nominale) Harmoniques impaires Rang harmonique Tension harmonique (h) (%) 3 et et ,5 15 et 17 1,6 19 1,2 21 et 23 1,2 >25 0,2 + 1,0 x 25/h Harmoniques paires Rang harmonique Tension harmonique (h) (%) 2 1,75 4 1,25 6 0,65 8 0, ,55 12 à 50 0,4 Note: Niveau de planification de la distorsion harmonique de tension totale (P DHTV ) = 6,5 %. Harmoniques impaires non multiples de 3 Rang harmonique (h) >25 Tableau V Valeurs cibles des niveaux de planification pour les tensions harmoniques sur le réseau HT (en % de la tension nominale) Tension harmonique (%) 2 2 1,5 1, ,7 0,7 0,2+0,5x25/h Harmoniques impaires multiples de 3 Rang harmonique (h) >21 Tension harmonique (%) 2 1 0,75 0,5 0,2+0,5x25/h Harmoniques paires Rang harmonique (h) >12 Note: Niveau de planification de la distorsion harmonique de tension totale (P DHTV ) = 3 %. Tension harmonique (%) 1,5 1 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 Ces niveaux de planification sont basés sur les niveaux de planification prescrits dans la norme CAN/CSA C , lesquels ont été augmentés pour certaines harmoniques multiples de 3 et paires pour tenir compte des particularités des réseaux d Hydro-Québec.

29 corporative sectorielle page 29 de 48 Tableau VI Contribution globale acceptable (G nmt+bt ) des charges moyenne et basse tension aux tensions harmoniques du réseau moyenne tension (en % de la tension nominale) Harmoniques impaires Rang harmonique Tension harmonique (h) (%) 3 3,0 5 4,0 7 2,8 9 2,5 11 2,6 13 2,0 15 1,4 17 1,2 19 0,7 21 1,1 23 1,0 25 1,0 27 1,0 29 0,8 31 0,8 33 0,9 35 0,7 37 0,7 39 0,7 41 0,6 43 0,6 45 0,6 47 0,6 49 0,5 Harmoniques paires Rang harmonique Tension harmonique (h) (%) 2 à 50 0,3

30 corporative sectorielle page 30 de 48 ANNEXE C Exemples de calcul du niveau d émission d harmoniques de l'installation d'un client

31 corporative sectorielle page 31 de 48 C.1 DONNÉES DE BASE Dans l exemple du réseau de distribution illustré à la figure 7, un poste à 120/25 kv de type II alimente une ligne de 30 km en 477Al à laquelle un client ayant des appareils générant des harmoniques veut se raccorder. Trois cas seront étudiés pour mettre en application la procédure présentée dans la présente norme. Les différents paramètres affectant les résultats seront variés, comme l'emplacement de l'installation électrique du client sur la ligne (B1 ou B2), la puissance des charges non linéaires (S p ) et sa puissance de référence (S r ). Tableau VII Paramètres utilisés dans les exemples Exemple Barre de raccordement Puissance de court-circuit au PCR (S cc ) (MVA) Puissance de référence (S r ) (MVA) Puissance des entraînements (S P ) (KVA) Évaluation simplifiée: - exemple B Évaluation détaillée: - exemple 1 B exemple 2 B Figure 7 Schéma unifilaire

32 corporative sectorielle page 32 de 48 C.2 EXEMPLE DE CALCUL POUR L'ÉVALUATION SIMPLIFIÉE (NIVEAU 1 D'ÉVALUATION) Soit, une installation dont la puissance de référence est de 3 MVA et comportant un entraînement à vitesse variable à 6 pulsations de 250 kva muni d'une inductance série de 3,5 %. Hydro-Québec Distribution évalue au PCR une puissance de court-circuit S cc de 110 MVA. ÉTAPE 1 : CHOIX DU PCR L'installation est alimentée en basse tension par un transformateur dédié. Le PCR sera donc situé au primaire du transformateur à 25 kv. ÉTAPE 2 : ÉVALUATION SIMPLIFIÉE La puissance perturbatrice du client est de 250 kva. Donc, selon le tableau II, M j vaut 1. S S = ( S M ) = 0,25 MVA 1 = 0, MVA pmi pj j 25 j 0,25 / 100 = 100 = 0,23 % 110 pmi S cc Selon le critère 1 du niveau 1 d'évaluation, la puissance perturbatrice pondérée par rapport à la puissance de court-circuit ne doit pas dépasser 0,4 % pour une installation de 3 MVA. L'installation respecte donc le premier critère, mais il faut maintenant vérifier le second critère relatif aux risques de résonance. De plus, ce client installera une batterie de condensateurs de 650 kvar au secondaire du transformateur où la puissance de court-circuit est de 50 MVA. Comme on peut le constater, cet ajout engendre une résonance à la fréquence de 8,77 x 60 Hz. h r S = cc Qc = 50 = 0,65 8,77 Le critère 2 est respecté, puisque cette fréquence est à plus de 0,15 de la 9 e harmonique et à plus de 0,1 de la 8 e. L'installation du client est donc acceptée au niveau 1 d'évaluation sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une évaluation détaillée de niveau 2.