Présentation des harmoniques

Nous pouvons définir les harmoniques comme des oscillations d'une fréquence multiple du fondamental (les harmoniques peuvent également être caractérisées comme des perturbations du signal électrique, dues à des charges non linéaires). C'est-à-dire que les harmoniques sont des composants dont la fréquence est supérieure à la fréquence fondamentale, qui dans notre cas est de 50 Hz. Lorsqu'il y a des harmoniques dans une installation, cela signifie que, bien que le signal soit à 50 Hz, il contient des composantes à haute fréquence.

REMARQUE: La 3e harmonique est causée par des charges monophasées. La 5e harmonique est causée par des charges triphasées. Les harmoniques de gamme paire (2,4, 6, 8…) ne sont généralement pas étudiées en milieu industriel car elles s'annulent grâce à la symétrie du signal alternatif. Celles qui causent les problèmes sont les harmoniques impaires. Dans le cas des réseaux triphasés, l'harmonique de rang 3 mérite une attention particulière. Les harmoniques de tension sont dues à la chute de tension produite par les harmoniques de courant sur les impédances du réseau de distribution.

Le Taux de Distorsion Harmonique (Total Harmonic Distorsion en anglais) est appelé le rapport entre le courant ou la tension fondamentale (50Hz) et la distorsion en pourcentage.

Spectre harmonique: Permet de décomposer un signal en ses harmoniques et de le représenter par un graphique à barres, où chaque barre représente une harmonique, avec une fréquence, une valeur efficace, une amplitude et un déphasage.

Charges linéaires (résistances, bobines...etc)

Une charge est dite linéaire lorsque le courant qu'elle consomme a la même forme que la tension qui l'alimente.

Charges non linéaires (diodes...etc)

Une charge est dite non linéaire lorsque le courant qu'elle absorbe n'a pas la même forme que la tension qui l'alimente. Ce courant est riche en composantes harmoniques. Ce sont les charges qui déforment la forme de l'onde.

• Matériel électronique fonctionnant en interne en courant continu et disposant en entrée d'un redresseur et d'un condensateur de filtrage (ordinateurs, imprimantes, automates programmables...etc).
• Installations d'éclairage avec lampes fluorescentes, LED...etc.
• Régulateurs de vitesse, démarreurs statiques, etc.
• Machine à souder.

Dans les réseaux de distribution à 4 fils, le courant traversant le neutre est égal à la somme vectorielle des courants triphasés, donc, si les charges des trois phases sont correctement équilibrées et que le courant est sinusoïdal,** la résultante par le conducteur neutre est nulle ou très faible**.

Ceci est vrai pour la fréquence fondamentale, mais lorsque des harmoniques mélangées avec le courant fondamental 50 Hz sont présentes, dans les harmoniques impaires d'ordre supérieur, par exemple, dans la troisième harmonique de 150 Hz, et multiples de 3, celles générées par les trois phases les courants ne s'annulent pas, mais s'additionnent car ils sont en phase, générant un courant dans le neutre pouvant atteindre des valeurs trois fois supérieures au courant de phase. Remarque : Faites attention aux récepteurs connectés à la ligne et à la génération d'harmoniques à partir de ceux-ci.

Il est donc important de s'affranchir du sujet du dimensionnement du neutre avec une section moitié de celle des phases, car cette situation ne conviendrait que pour des charges purement résistives et parfaitement réparties entre les phases. C'est un cas très improbable à l'heure actuelle, calculant ce neutre avec une section au moins égale à celle des phases.

Oui. On a tendance à penser que le cosinus phi et le facteur de puissance représentent le même concept. C'est seulement le cas lorsqu'il n'y a pas d'harmoniques. En cas d'harmoniques, une nouvelle composante « D » apparaîtra, que nous devons prendre en compte dans les calculs. Dans ce cas, avec les harmoniques, la puissance apparente devient S et non plus S1, comme le montrent les images ci-dessous.

Déclenchements indésirables dans les différentiels

Tout d'abord, nous devons mettre en évidence les types de différentiels qui existent sur le marché.

• Classe AC : protège contre les déclenchements intempestifs causés par des surcharges transitoires et avec un fonctionnement correct avec des courants de fuite parfaitement sinusoïdaux. Insensible aux courants redressés, avec ou sans composante directe.
• Classe A : protège contre les déclenchements intempestifs causés par des surcharges transitoires et ont été conçus pour fonctionner correctement contre les courants pulsés avec une composante continue jusqu'à 6mA.
• Classe SI : protège contre les déclenchements intempestifs causés par des surcharges transitoires et ont été conçus pour fonctionner sous des déclenchements à haute fréquence.
• Classe B : protège contre les déclenchements intempestifs causés par des surcharges transitoires et ont été conçus pour protéger correctement contre tout composant continu.

En regardant le schéma précédent, on peut voir que, du fait de la présence d'harmoniques dans l'installation, un courant supplémentaire (Is') apparaît dans le secondaire du toroïdal du différentiel lui-même, partie du circuit sur laquelle le mécanisme de déclenchement dépend directement.

Avec l'apparition de ce courant supplémentaire, on peut dire que l'équipement subit une modification dans la façon d'agir, faisant que ces appareils donnent l'impression qu'ils sont mal réglés.

Déclenchements intempestifs des disjoncteurs

Afin de déclencher la partie thermique, les disjoncteurs disposent d'une lame bilame, dont la mission est de résister à une certaine température en fonction de l'intensité qui la traverse.

Lorsque le dispositif atteint un certain seuil de température, ce qui signifie que l'intensité nominale du dispositif de protection a été dépassée, cette lame surmonte un point d'équilibre mécanique à une certaine courbure et se comporte comme un ressort, en libérant cette énergie mécanique sur la gâchette et en ouvrant le circuit.

Lorsque des courants harmoniques haute fréquence traversent cette lame, il se produit une augmentation de sa résistance ohmique, due à l'effet de peau, ce qui provoque un échauffement supplémentaire dû à l'effet Joule, ce qui provoque le déclenchement de l'interrupteur à des courants inférieurs à la valeur nominale. La température que la lame atteint à ce moment-là est supérieure à ce qu'elle devrait supporter si elle était traversée par les mêmes ampères, mais sans aucune composante harmonique.