Harmoniques Causes et Effets

Harmoniques

Causes et effets

Ce module décrit l’origine des courants
harmoniques ainsi que leurs effets dans
le système électrique. Les méthodes
d’atténuation sont décrites dans le
module « Solutions aux harmoniques ».
Les fréquences des harmoniques sont
des multiples entiers de la fréquence
de l’alimentation ou onde fondamentale.
Par exemple pour une
alimentation de 50 Hz, la troisième
harmonique aura une fréquence de
150 Hz et la cinquième de 250 Hz. La
figure 1 illustre une onde sinusoïdale
fondamentale avec la troisième et la
cinquième harmoniques.

La figure 2 montre le résultat de la somme de 70 % de la troisième harmonique et de 50 % de la cinquième
harmonique. On remarquera qu’en pratique l’onde résultante ou onde déformée sera beaucoup complexe
que dans cet exemple et contiendra plus d’harmoniques.
Il est évident que cette onde déformée ne
sera pas sinusoïdale, cela signifie qu’un
appareil de mesure comme par exemple
un multimètre calibré RMS enregistrant
la moyenne des mesures donnera des
résultats incorrects.

On remarquera qu’il y a six passages par
zéro par cycle au lieu de deux, un appareil
utilisant le passage par zéro comme
référence ne fonctionnera pas correctement.
Lorsqu’on parle d’harmoniques dans les
installations de puissance, ce sont les
courants harmoniques qui posent le plus
de problèmes. Il est très difficile d’établir
un état des lieux sans connaître le spectre
des harmoniques de l’installation, on trouve néanmoins des valeurs indicatives pour le taux de distorsion
harmonique - total harmonic distorsion - THD.
Lorsque les harmoniques se propagent dans le système de distribution y compris dans les branchements
non concernés par ce transport de courant elles le font sous la forme de tensions. Il est essentiel de mesurer
à la fois les valeurs des distorsions de courant et de tension. Conventionnellement, les mesures de
distorsion du courant portent le suffixe I, par exemple 35 % de THDI, et celles de la tension le suffixe V, par
exemple 4 % de THDV.
Les courants harmoniques existent dans les systèmes électriques depuis de nombreuses années. Au départ,
ils étaient produits par les redresseurs à vapeur de mercure utilisés pour convertir le courant alternatif
en courant continu pour la traction et par les variateurs de vitesse à courant continu utilisés par l’industrie.
Plus récemment, le nombre et le type d’appareils susceptibles de créer des harmoniques ont augmenté
et continueront à le faire. Les concepteurs et les bureaux d’études devront donc prendre de plus en plus
en considération les harmoniques et leurs effets. Ce module décrit comment et pourquoi les harmoniques
sont générées, comment elles affectent l’installation électrique et les appareils et comment en minimaliser
les effets.

Types d’appareils et d’équipement générant des harmoniques

Toutes les charges non linéaires génèrent des courants harmoniques. En font partie :
Les charges monophasées
Alimentation commutable marche/arrêt (Switched Mode Power Supply ou SMPS)
Ballast électronique pour l’éclairage fluorescent
Les unités ASI (alimentation sans interruption)
Les charges triphasées
Variateurs de vitesse
Les unités ASI (alimentation sans interruption)
absence, il est impératif de mesurer le courant.

Problèmes causés par les harmoniques

Problèmes au niveau de l’installation

Problèmes causés par les courants harmoniques:

surchauffe du neutre

surchauffe des transformateurs

déclenchement intempestif des coupes-circuits

surcharge des condensateurs (cos ϕ)

effet de peaux dans les conducteurs

Problèmes causés par les tensions harmoniques:

distorsion de la tension

au niveau des moteurs à induction

de bruit lors du passage à zéro

Problèmes causés par les courants harmoniques au niveau de l’alimentation