Choix de canalisations préfabriquées en présence de courants harmoniques

Introduction

Les courants harmoniques sont générés par la plupart des charges électroniques modernes, que l'on rencontre dans toutes les installations des secteurs industriel, commercial et résidentiel. Ces charges électroniques utilisent des dispositifs électroniques de puissance qui sont responsables de la génération des courants harmoniques.

Charge non-linéaires typiques :

• équipement industriel (machines à souder, fours à induction, redresseurs, chargeurs de batteries),
• variateurs de Vitesse pour moteurs à courant alternatif ou continu,
• alimentations sans Interruption (ASI),
• matériel informatique (ordinateurs, écrans, serveurs, photocopieurs, imprimantes, etc…),
• appareils domestiques (téléviseurs, fours à micro-ondes, lampes fluorescentes, variateurs de lumière, etc.).

Fig. E46 – Allure d'un courant déformé par les harmoniques.

Les charges électroniques d'aujourd'hui partagent un élément commun: le circuit d'alimentation électronique. Les avantages de l'alimentation électronique sont son coût, son rendement, et la capacité de réguler sa tension de sortie. Pour cette raison, on en retrouve dans une grande variété d'appareils courants, mono- ou triphasés. Les courants harmoniques sont un sous-produit naturel de la manière dont une alimentation électronique absorbe du courant au réseau. Pour être plus efficace, ce dispositif absorbe un courant pendant une faible partie de la période de la tension.

Les installations où l'on peut trouver ces dispositifs en grand nombre sont les centres informatiques, banques, centres de données Internet, etc.

Les courants harmoniques générés par ces charges peuvent poser quelques problèmes :

• distorsion de la tension, responsable de la défaillance de certains équipements électriques,
• augmentation des pertes, le courant efficace étant plus élevé que le courant fondamental,
• risque de résonance lorsque des condensateurs de correction de facteur de puissance sont présents.

Les courants harmoniques de rang 3 (150/180 Hz) ou multiple de 3 sont spécifiquement responsables d'une augmentation du courant dans le conducteur neutre, dans les systèmes triphasés à quatre fils. C'est la raison pour laquelle il est important de choisir avec attention les canalisations préfabriquées pour les immeubles de bureaux, où la surcharge du conducteur de neutre est une préoccupation majeure.

Le courant neutre dans les systèmes triphasés à 4 conducteurs

La Figure E47 représente les courants de phase et le courant neutre résultant, dans un système triphasé à quatre conducteurs, alimentant des charges monophasées non-linéaires identiques.

Fig. E47 – Courants de phase et de neutre, absorbés par des charges monophasées connectées entre phase et neutre.

Les spectres harmoniques des courants de phase et de neutre sont représentés sur les Figures E49 et E50. Le courant neutre ne contient que des composantes de rang impair multiple de 3 (soit : 3, 9, 15, ...), dont les amplitudes sont 3 fois supérieures à celles des courants de phase. Le rang 3 est bien sûr prépondérant et les autres composantes de rang multiple de 3 (soit : 9, 15, …) contribuent très peu à la valeur efficace.

[math]\displaystyle{ THD = \frac{\displaystyle \sum_{h=2}^{\infty} I_h^2}{I_1} = \frac { \sqrt {{I_3}^2 + {I_5}^2 + {I_7}^2 + {I_9}^2 + {I_{11}}^2 + {I_{13}}^2 + {I_{15}}^ 2 + {I_{17}}^2}} {I_1} }[/math]