Influence des courants harmoniques

Effets des harmoniques de rang 3

Les courants harmoniques sont générés par des charges non-linéaires (plus exactement à impédance non-linéaire) alimentées par le réseau telles que ordinateur, éclairage fluorescent, redresseur, variateur de vitesse, etc. Ces charges peuvent produire d’importants courants harmoniques de rang 3 et multiple de 3 qui s’additionnent dans le conducteur neutre (voir le schéma de la Figure G63a).

• Les courants fondamentaux des trois phases sont déphasés de [math]\displaystyle{ 2\pi/3 }[/math] et donc leur somme vectorielle est nulle (si la charge est équilibrée).

Fig. G63a – Les courants harmoniques de rang 3 s’additionnent dans le conducteur neutre

• Les courants harmoniques de rang 3 des trois phases sont en phase et de ce fait s’additionnent dans le conducteur neutre. Le graphe de la Figure G63b montre le facteur de charge du conducteur neutre Ineutre/Iphase en fonction du taux d’harmonique de rang 3.

  Le facteur de charge a une valeur maximale de √3.

Fig. G63b – Facteur de charge d’un conducteur neutre en fonction du taux de courant harmonique de rang 3

Dimensionnement du circuit en fonction du taux de courant harmonique de rang 3, suivant l’annexe D de la norme CEI 60364-5-54

Les calculs de base pour le choix de la section d’une canalisation sont réalisés en ne considérant que trois conducteurs chargés c’est à dire :

• en cas de charge équilibrée, il n’y a pas de courant dans le conducteur neutre,
• en cas de charge déséquilibrée, le courant de déséquilibre dans le conducteur est compensé par la diminution du courant phase.

Or le courant harmonique de rang 3 circulant dans le conducteur neutre n’est pas compensé par une diminution des courants de phase. De ce fait, suivant son niveau (exprimé en % par rapport au courant phase ou TH 3), il est nécessaire de considérer une canalisation à quatre conducteurs chargés ce qui entraîne, de facto, une condition d’échauffement plus contraignante (voir Méthode générale de dimensionnement des canalisations).

L’annexe D de la norme CEI 60364-5-54 considère 4 niveaux significatifs pour le dimensionnement du circuit (voir le tableau de la Figure G63c). Les règles de dimensionnement s’appuient sur deux critères : Facteur de correction et le Courant d’emploi I_B du circuit.

Facteur de correction (pour conducteur neutre chargé)

Dans le cas d’un conducteur neutre chargé, un facteur de réduction pour le dimensionnement des conducteurs est nécessaire pour tenir compte d’un niveau de courant harmonique de rang 3 non négligeable circulant dans le conducteur neutre : la valeur de ce facteur est 0,86.

Ce facteur de réduction appliqué au courant admissible dans un câble à trois conducteurs chargés donne le courant admissible du câble à quatre conducteurs chargés.

Courant d’emploi I_B du circuit

Le dimensionnement d’un circuit est fait dans le cas général suivant la valeur du courant d’emploi de la charge, c’est-à-dire du courant de charge des conducteurs de phase I_B.

En présence de courants harmonique de rang 3 importants, les courants dans le conducteur neutre peuvent être supérieurs aux courants dans les conducteurs de phase : dans ce cas, le courant de charge du circuit à considérer est le courant de charge du conducteur neutre (voir le tableau Figure G63c).

Note : l’annexe D de la norme CEI 60364 -5-54 ne considère que des câbles multiconducteurs (Sphase = Sneutre)

Fig. G63c – Facteur de réduction en cas de courant harmonique de rang 3 dans un réseau triphasé avec neutre (d’après tableau D.52.1 de la CEI 60364-5-52)

Harmonique de rang 3 dans le courant de phase (%)	Facteur de réduction
	Choix fondé sur le courant de phase	Choix fondé sur le courant de neutre
0 - 15	1,0	-
15 - 33	0,86	-
33 - 45	-	0,86
> 45	-	1,0

Mise en œuvre de ces critères

• Courant harmonique de rang 3 < 15% :

  Le dimensionnement du circuit est réalisé comme pour le cas général.

• 15 % ≤ courant harmonique de rang 3 < 33% :

  Le dimensionnement du circuit est réalisé comme pour le cas général en appliquant un facteur de correction supplémentaire (pour neutre chargé) de 0,86.

• 33 % ≤ courant harmonique de rang 3 < 45% :

  Le dimensionnement du circuit est réalisé en prenant en compte

  • le courant de charge du conducteur neutre I_Bneutre,
  • un facteur de correction supplémentaire (pour neutre chargé) de 0,86.
• Courant harmonique rang 3 ≥ 45 % :

  Le dimensionnement du circuit est réalisé en prenant en compte le courant de charge du neutre I_Bneutre.

Note : Comme le courant dans le conducteur neutre est supérieur à 135% (TH 3 > 45%) de celui des conducteurs de phase, le câble est dimensionné sur la base du conducteur neutre. De ce fait les trois conducteurs de phase ne sont pas complètement chargés : l’échauffement supplémentaire dû au courant dans le conducteur neutre est compensé par la diminution d’échauffement dû à un courant réduit dans les conducteurs de phase. En conséquence, il n’est pas nécessaire de mettre en œuvre un facteur de correction.

Protection du conducteur neutre

Les prescriptions du paragraphe 7.2 s’appliquent en considérant le circuit dimensionné comme ci-dessus.

Afin de protéger les câbles, les fusibles ou les disjoncteurs doivent être dimensionnés en prenant la plus grande des valeurs des courants dans le câble (phases ou neutre).

Sectionnement du conducteur neutre

Les prescriptions des paragraphes 7.3 et 7.4 s’appliquent.

Exemples

Soit un circuit triphasé chargé (I = 37 A) alimenté par un câble à quatre conducteurs, isolé au PVC, fixé à une paroi, mode de pose C à mettre en œuvre. A partir du tableau de la Figure G21a, un câble de 6 mm² à conducteurs en cuivre présente un courant admissible de 40 A et est approprié en cas d’absence d’harmoniques dans le circuit.

En cas de présence de 20% de courant harmonique de rang 3

(voir le tableau de la Figure G63)

• le choix se fonde sur le courant de phase 37 A,
• le taux en courant harmonique de rang 3 est > 15% donc un facteur de réduction de 0,86 est appliqué.
  • Le courant admissible devient : 37/0,86 = 43 A.
  • Pour ce circuit, un câble de 10 mm² est nécessaire.

En cas de présence de 40% de courant harmonique de rang 3

(voir le tableau de la Figure G63)

• le choix se base sur le courant de neutre qui est : 37 × 0,4 x 3 = 44,4 A,
• le taux en courant harmonique de rang 3 est < 45% donc un facteur de réduction de 0,86 est appliqué.
  • Le courant admissible devient : 44,4/0,86 = 51,6 A.
  • Pour ce circuit, un câble de 10 mm² est nécessaire.

En cas de présence de 50% de courant harmonique de rang 3  

(voir le tableau de la Figure G63)

• le choix se base sur le courant de neutre qui est : 37 × 0,5 x 3 = 55,5 A,
• le taux en courant harmonique de rang 3 est > 45% donc aucun facteur de réduction (=1) n’est appliqué.
  • Le courant admissible est 55,5 A.
  • Pour ce circuit, un câble de 16 mm² est nécessaire.

Disjoncteur Compact NSX