1–2 · Émissions conduites HF

Émissions conduites haute fréquence dans les usines modernes

Name: Denka® Platinum Plate
Brand: Denka®

Les installations modernes sont dominées par l'électronique de puissance à commutation rapide. Ses fronts de tension raides (dv/dt élevé) produisent des spectres d'émission jusqu'au MHz.

Émissions conduites dans le réseau du site

Selon le livre blanc v3.0.0 : les émissions conduites HF (150 kHz – 30 MHz) sont injectées par les équipements à découpage et se répandent sur les jeux de barres basse impédance des DB et SMDB, d'où elles circulent vers les machines voisines. La forte impédance du transformateur du site à ces fréquences retient l'essentiel du bruit dans l'usine : la chaleur apparaît donc côté machines — dans les câbles et enroulements par effet de peau, et dans les roulements des moteurs par le courant de mode commun.

Émissions conduites dans le réseau du site

Avec plaques Denka®

01 · Les équipements à découpage injectent la HF

Variateurs, onduleurs PV, redresseurs et alimentations à découpage commutent avec des fronts dv/dt raides et injectent un courant HF de mode différentiel et commun (150 kHz – 30 MHz) dans leurs câbles d'alimentation.

Sur les sites sans transformateur propre, une partie de ce bruit peut atteindre le tableau de livraison et le réseau ; ce cas fera l'objet d'un autre exemple.

Où la chaleur apparaît (relatif)

Enroulements et roulements
Câbles machines
Jeux de barres DB / SMDB
Départs MDB
Transformateur et réseau

Seuil de génération de chaleur

Effet de peau dans les câbles et enroulements

50 Hz · δ ≈ 9.2 mm

HF · δ 0.012–0.17 mm

Le courant à 50 Hz utilise presque toute la section de cuivre (δ ≈ 9,2 mm). Le courant HF ne circule que dans une fine couche superficielle (0,17 mm à 150 kHz, 0,012 mm à 30 MHz) : sa résistance en CA — et sa chaleur I²R — est donc bien plus élevée.

Épaisseur de peau exagérée pour la lisibilité.

Animation illustrative fondée sur le livre blanc v3.0.0 — niveaux relatifs, non mesurés.

Sources d'émission

Variateurs de fréquence (VFD)

Fréquences de découpage MLI de 2–16 kHz ; les fronts dv/dt raides génèrent des harmoniques jusqu'au MHz.

Alimentations à découpage (SMPS)

Commutation de 20 kHz à plusieurs centaines de kHz, avec des transitions rapides produisant des émissions large bande.

Onduleurs PV et redresseurs

Étages de commutation haute fréquence couplant le bruit conduit au réseau CA.

Régimes de fréquence

Régimes de fréquence	Hz	Std.
Harmoniques de rang faible	< 2.5 kHz	IEEE 519	Traités par filtres d'harmoniques et condensateurs de compensation
Supraharmoniques	2 – 150 kHz	IEC 61000-2-2 / recherche	Domaine réglementaire émergent
Émissions conduites	150 kHz – 30 MHz	CISPR 11	Bande de conception de la plaque Denka® Platinum

SCOPE

Périmètre : les plaques Denka® Platinum sont un filtre haute fréquence. Elles complètent, sans les remplacer, les filtres d'harmoniques de rang faible IEEE 519 et la compensation du facteur de puissance par condensateurs.^{[1[1] IEC CISPR 11:2024Industrial, scientific and medical equipment — Radio-frequency disturbance characteristics — Limits and methods of measurement.,2[2] IEEE Std 519IEEE Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems (low-order harmonics).]}

Impact quantifié — recherche à comité de lecture

Équipement	Effet documenté de la distorsion HF	Source
Moteurs à induction — pertes totales	+8,7 % à +19 % de pertes totales ; +8,3 °C de température moyenne d'enroulement ; ≈41 W de pertes supplémentaires par 1 °C sur un moteur de 37 kW^{[5[5] Aarniovuori et al., IECON 2013Induction motor losses under converter supply (+8.7% to +19% total losses).,6[6] Jiang et al., 2022Winding temperature rise and additional losses under high-frequency harmonics.]}	Aarniovuori et al., IECON 2013; Jiang et al., 2022
Moteurs à induction — pertes fer	+29 % en charge, +86 % à vide ; jusqu'à +13 °C^{[7[7] Ding & Mi, 2011Iron losses in induction motors under PWM supply (+29% under load, +86% at no load).]}	Ding & Mi, 2011
Transformateurs de distribution	Pertes par courants de Foucault jusqu'à +33 % ; vieillissement de l'isolation 22 % plus rapide^{[8[8] Yaghoobi et al., 2020Distribution transformer eddy-current losses and insulation ageing under inverter harmonics.]}	Yaghoobi et al., 2020
Câbles HTA/BT	Pertes supraharmoniques de 1,6–2,4 % des pertes fondamentales (>10–20 % des pertes harmoniques) ; activité de décharges partielles +10 %^{[9[9] Novitskiy et al., 2020Supraharmonic losses in MV/LV cables.,10[10] Mariscotti & Mingotti, 2024Supraharmonics, cable losses and partial-discharge activity.]}	Novitskiy et al., 2020; Mariscotti & Mingotti, 2024
Isolation (tous équipements)	Loi d'Arrhenius : la durée de vie de l'isolation est environ divisée par deux tous les 10 °C^{[3[3] IEEE Std 1-2000General principles for temperature limits in the rating of electrical equipment and for the evaluation of electrical insulation (Arrhenius thermal ageing).]}	IEEE Std 1-2000
Roulements moteur	Roulements ≈51 % des pannes moteur ; le courant HF de mode commun qui se décharge via les capacités parasites provoque piqûres EDM et cannelures^{[4[4] IEEE Std 493 (Gold Book)Recommended practice for the design of reliable industrial and commercial power systems — motor failure statistics (bearings ≈51%).,11[11] Liu, 2014Bearing currents in inverter-fed motors.,12[12] Erdman et al., 1996Effect of PWM inverters on AC motor bearing currents and shaft voltages. IEEE Trans. Industry Applications.,13[13] ABB Technical Guide No. 5Bearing currents in modern AC drive systems.]}	IEEE Std 493 (Gold Book); Liu, 2014; Erdman et al., 1996; ABB Technical Guide No. 5