Courants harmoniques

Origine et effets des harmoniques

La présence d'un grand nombre de charges non linéaires sur un réseau électrique crée un niveau élevé de courants harmoniques dans ce réseau.

Ces courants harmoniques :

déforment les ondes de courants et de tensions,
dégradent la qualité de l’énergie distribuée

Si les distorsions sont importantes, elles peuvent entraîner :

des dysfonctionnements, voire des dégradations des équipements alimentés,
des échauffements intempestifs des équipements et des conducteurs,
une sur-consommation

Ces différents problèmes augmentent les coûts d'installation et d'exploitation du système. Il est donc nécessaire de bien gérer la qualité de l’énergie.

Définition d’un harmonique

Un signal périodique est une superposition des éléments suivants :

Signal sinusoïdal d’origine à la fréquence fondamentale (par exemple, 50 Hz ou 60 Hz)
Signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples de la fréquence fondamentale, appelés harmoniques
Tout composant CC

Ce signal périodique se décompose en une somme de termes :

où :

y₀: Valeur de la composante CC
y_n: Valeur efficace de l'harmonique de rang n
ω : Pulsation de la fréquence fondamentale
ϕ_n: Déphasage de la composante harmonique n

NOTE: La composante CC est généralement très faible (même en amont de ponts redresseurs) et peut être considérée comme nulle.

NOTE: L’harmonique de rang 1 est dite fondamentale (signal d’origine).

Exemple d’une onde de courant distordue par une composante harmonique :

1 I_rms : Valeur efficace du courant total

2 I1 : Courant fondamental

3 I3 : Courant harmonique de rang 3

4 I5 : Courant harmonique de rang 5

Courants et tensions efficaces

Les déclencheurs MicroLogic affichent les valeurs efficaces des courants et des tensions.

Le courant efficace totale I_rms est la racine carrée de la somme des carrés des courants efficaces de chaque harmonique, soit :
La tension efficace totale U_rms est la racine carrée de la somme des carrés des tensions efficaces de chaque harmonique, soit :

Niveau d’harmoniques acceptable

Différentes normes et réglementations définissent les niveaux d'harmoniques acceptables :

Norme de compatibilité électromagnétique adaptée aux réseaux publiques en basse tension : IEC/EN 61000‑2‑2
Normes de compatibilité électromagnétique :
- Pour des charges inférieures à 16 A : IEC/EN 61000-3-2
- Pour des charges supérieures à 16 A : IEC/EN 61000-3-4
Recommandations des distributeurs d’énergie applicables aux installations

Des études internationales ont permis d'identifier les valeurs typiques des harmoniques à ne pas dépasser.

Le tableau suivant indique les valeurs typiques des harmoniques en tension en pourcentage de :

Harmoniques impaires non multiples de 3		Harmoniques impaires multiples de 3		Harmoniques paires
Rang (n)	Valeur en % de V₁	Rang (n)	Valeur en % de V₁	Rang (n)	Valeur en % de V₁
5	6%	3	5%	2	2%
7	5%	9	1,5%	4	1%
11	3,5%	15	0,3%	6	0,5%
13	3%	>15	0,2%	8	0,5%
17	2%	–	–	10	0,5%
> 19	1,5%	–	–	>10	0,2%

NOTE: Les harmoniques de rang élevé (n > 15) ont des valeurs efficaces très faibles donc négligeables.