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Les courants harmoniques version 06/2003

Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

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Page 1: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Les courants harmoniques

version

06/2003

Page 2: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

NFC 15-100 et Harmoniques

La position de la NFC 15-100Introduction, descriptions et solutionsImplication sur les conducteurs

Le phénomène harmoniqueHistorique et causesConséquences et perspectiveEquipements concernésEffets indésirablesRemèdes

La déformation d’un courantCourants non sinusoïdaux et distorsionPourquoi maîtriser le taux d’harmonique ?Différentes charges et leur tauxH3 et impact sur le conducteur neutre

Le dimensionnement des sections phases etneutre : logigramme et applications

1

2

2.1

2.2

4

1.1

1.2

3

2.3

2.4

2.5

3.1

3.2

3.3

3.4

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Page 3: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La position de la NFC 15-100

• Introduction

La norme prend en compte la présence de courants harmoniques, etleur influence sur divers matériels.

L’aspect « réduire les effets des courants harmoniques » est important, il est totalement traité à travers plusieurs points :

330.1.1 Perturbations à basses fréquences (page 57)

a) Fluctuations de la fréquenceb) Variations de tensionc) Courants de démarraged) Courants harmoniquese) Surtensions à fréquence industriellef) Déséquilibres de tension

La position de la NFC 15-100

« Les courants harmoniques sont générés principalement par les appareils dont l’alimentation, conçue à base d’électronique de puissance, absorbe des courants non sinusoïdaux (……)

la déformation est caractérisée par un taux de distorsionen intensité (THDi) (…..) »

« Les courants harmoniques peuvent être source de perturbations localement, mais aussi augmenter le niveau de distorsion en tension (…..)

caractérisé par un taux de distorsion en tension (THDu) »

Notionexplicitéeen partie 3

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Page 4: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La position de la NFC 15-100

« Solutions techniques contre les harmoniques en courants et en tension :

Le calcul de la section des conducteurs et en particulier duconducteur de neutre (……) prend en compte les courants harmoniques homopolaires.

Les normes internationales limitent l’injection harmoniqueindividuelle des appareils de grande diffusion, il n’y a pas lieu,dans le cas général, de prendre d’autres dispositions pour les installations domestiques

Pour ce qui concerne les installations industrielles ou tertiaires,les injections globales de courants harmoniques dans le réseaupeuvent faire l’objet de règles contractuelles avec le distributeur.(…...) »Notion

explicitéeen partie 3

La position de la NFC 15-100

« Pour limiter les perturbations dans l’installation et respecter les règles de raccordement, les solutions techniques consistent à :

alimenter les charges polluantes par des circuits dont l’origine est la plusproche de la source,

alimenter les charges sensibles et les charges polluantes par des circuitsséparés,

utiliser des transformateurs à couplage spéciaux,

éviter le schéma TNC, qui présente des risques de perturbationsdes matériels sensibles

réduire les courants injectés par l’utilisation de filtres actifs, passifsou hybrides et/ou des ponts dodécaphasés,

réduire la tension harmonique en diminuant l’impédance de source(augmentation de la puissance de court-circuit) »

Notionexplicitéeen partie 3

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Page 5: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La position de la NFC 15-100

« Des appareils de surveillance et de contrôle des harmoniquespermettent d’évaluer la distorsion de la tension et du courant, et dedéclencher des actions correctrices si nécessaire.Les ordres de grandeur des taux de distorsion et les effets prévisibles sont donnés dans le tableau ci-dessous : »

Courant non négligeable dans le conducteur neutreTaux d’harmonique 3 en courant > 15%

Pollution forte, dysfonctionnements probablesTHDu > 8% ou THDi > 50%

Pollution significative, effets nuisibles possibles5% < THDu < 8% ou 10% < THDi < 50%

NéantTHDu < 5% et THDi < 10%

Effets prévisiblesTaux d’harmoniques

Notionexplicitéeen partie 3

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Page 6: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La position de la NFC 15-100

523.5 Nombre de conducteurs chargés dans un circuit (page 218)

523.5.1 « Le nombre de conducteurs à considérer dans un circuit est celui desconducteurs effectivement parcourus par le courant. Lorsque dans uncircuit polyphasé les courants sont supposés équilibrés, il n’y a pas lieude tenir compte du conducteur neutre correspondant. »

523.5.2 « (…..) , le conducteur neutre doit être pris en compte pour ladétermination du nombre de conducteurs chargés.

Ce cas est rencontré lors de la présence de courantsharmoniques dans le conducteur neutre des circuits triphasés,notamment pour un taux d’harmonique de rang 3 et multiplede 3 en courant, supérieur à 15% dans les conducteurs dephase. »

un facteur de réduction de 0.84 est à appliquer aux valeursde courants admissibles pour les câbles à 3 ou 4 conducteurs.

Ndla :Y compris pour le conducteur de phase !

La position de la NFC 15-100

524.2 Section du conducteur neutre (page 220)

523.5.1 « Le conducteur neutre éventuel doit avoir la même section que les conducteurs de phase :

dans les circuits monophasés à deux conducteurs, quelle que soitla section des conducteurs,

dans les circuits polyphasés dont les conducteurs de phase ontune section au plus égale à 16 mm² en cuivre ou 25 mm² enaluminium,

dans les circuits triphasés susceptibles d’être parcourus par des courants harmoniques de rang 3 et multiple de 3 dont letaux d’harmoniques est compris entre 15% et 33%. »

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Page 7: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La position de la NFC 15-100

524.2 Section du conducteur neutre (page 220)

524.2.2 « Lorsque le taux d’harmoniques de rang 3 et multiple de 3est supérieur à 33% en courant, le choix d’une section deneutre supérieure à celle du conducteur de phase peut êtrenécessaire.a) dans le cas d’utilisation de câbles multipolaire, la section

des phases est égale à celle du conducteur neutre, le calculde cette section étant fait pour le courant dans le neutre priségal à 1.45 fois le courant d’emploi dans la phase.

b) dans le cas d’utilisation de câbles unipolaires, la section desphases peut être choisie inférieure à celle du neutre,calcul étant fait :- pour la phase : pour son courant d’emploi ;- pour le neutre : pour le courant pris égal à 1.45 fois lecourant d’emploi dans la phase. »

La position de la NFC 15-100

524.2 Section du conducteur neutre (page 220)

524.2.3 « Dans les circuits polyphasés dont les conducteurs de phaseont une section supérieure à 16 mm² en cuivre ou 25 mm²en aluminium, le conducteur neutre peut avoir une sectioninférieure à celle des conducteurs de phases si lesconditions suivantes sont simultanément remplies :

- la charge transportée par le circuit en service normal estsupposée équilibrée et le taux d’harmoniques de rang 3et multiples de 3 ne dépasse pas 15% dans le conducteurde phase ;

- (……) »

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Page 8: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique

• Quoi ?

C’est au début des années 1990 que la QUALITE du COURANT ELECTRIQUE, jadis considérée comme sans intérêt (ou confidentielle pour des cas spécifiques et industriels) devienne unepréoccupation majeure !

• Pourquoi ?

Les convertisseurs électroniques et l’électronique de puissance ont donné naissance à de nombreuses applications nouvelles ;offrant confort, flexibilité et une efficacité inégalable aux utilisateurs :

conversion de courantvariation de courantrégulation de courant

Dans les installations commerciales, industrielles, résidentielles : alimentations à découpage, gradateur d’éclairage, variateur de machines tournantes, onduleur, …….

Le phénomène harmonique

• Pourquoi ?

Le point commun de tous ces équipements modernes est qu’ils fonctionnent selon un mode qualifié de « non linéaire » !D’où leur appellation (logique) de « charges non linéaires » !

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Page 9: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique

• Pourquoi ?

« Non linéaire » ≡ Le courant absorbé n’est plus « à l’image » de la tension d’alimentation, comme pour une charge « linéaire » classique telle qu’un convecteur ou un éclairage incandescent sans variateur (par exemple).

En « linéaire », le courant et la tension restent de forme sinusoïdale car ils sont liés par une fonction mathématique simple :

la fonction linéaire de la loi d’Ohm, u = Z x i

En « non linéaire », comme dans le cas d’un convertisseur électronique, la fonction mathématique liant le courant et la tension est plus complexe

elle fait intervenir des phénomènes de commutation électronique(des discontinuités) ou de saturation magnétique :la fonction n’est donc plus linéaire ! (au sens mathématique)

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Page 10: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique

• Conséquences ?

La DISTORSION de l’allure du courant électrique, provoqué par une charge non linéaire, par rapport à l’allure de référence, crée une formede POLLUTION sur le réseau !L’allure de référence ≡ la forme sinusoïdale fournie par le réseau et les générateurs de tension alternative, et « idéale » en mathématique.

cette pollution ainsi que son importance est définie en physiqueavec la notion mathématique d’HARMONIQUES.

La pollution harmonique concerne tout signal qui s’éloigne du signal pur « la sinusoïde » : - soit la tension,

- soit le courant,- les deux simultanément.

Le phénomène harmonique

• Conséquences ?

La NFC 15-100 traite particulièrement la pollution harmoniques en courant, et l’une de ses conséquences principales sur le conducteur neutre, en intégrant une nouvelle méthode de dimensionnement de ce conducteur.La pollution harmonique en tension y est également citée, mais dans une moindre mesure, car d’autres normes du système CEI y sont consacrées (comme CEI 61000.3).

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Page 11: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique

• Perspective ?

Actuellement il serait impensable de se passer de convertisseursélectroniques, y compris dans le résidentiel !

La consommation de courant « non linéaire » va augmenter de façon très importante dans les prochaines années !!

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Page 12: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique :

• Les équipements générateurs de pollution harmonique :

en tension :

- les transformateurs lorsqu’ils fonctionnent en régime saturé (THDu ≈ 2%)- les groupes électrogènes de petite puissance (THDu ≈ 6%)- les alimentations statiques sans interruption (onduleur)(à cause du faible Icc en aval, et de la qualité de la sinusoïde construite)

- en règle générale, toute pollution harmonique en courant, en setransmettant à l’impédance de ligne, est génératrice d’une pollution harmonique en tension !

Le phénomène harmonique :

• Les équipements générateurs de pollution harmonique :

en courant :

La NFC 15-100y fait référence

- le redressement monophasé àfiltre capacitif

- le gradateur monophasé- le redressement triphasé à thyristor

- le redressement triphasé à diodes avec filtre capacitif

- les moteurs asynchrones- les lampes à décharge- les appareils à arc électrique- les alimentations à hautes fréquences (hacheurs à découpage)

- les redresseurs,- les onduleurs,- les variateurs de vitesse,- les gradateurs,- les tubes fluorescents,- les machines à souder,- les matériels bureautiques,- les équipements informatiques,- les matériels électroménagers

(TV, Hi-fi, micro-ondes, ….),- les chargeurs de batterie automobile,- l’éclairage haut rendement (secours),- les climatiseurs,- ….

Mis en œuvre dans :

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Page 13: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique :

• Effets généraux de la pollution harmonique en tension et en courant :

Echauffement supplémentaire des conducteurs phases

Echauffement disproportionné du conducteur neutre

Echauffement supplémentaire des bornes

Vieillissement prématuré des isolants (perte diélectrique)

Pertes supplémentaires dans les transformateurs (pertes Joules et fer)

Echauffement supplémentaire du stator de machine tournante

Couple oscillatoire de machine tournante (altération + bruit)

Dysfonctionnement des automatismes sensibles et des moteurs d’entraînement des mémoires informatiques (couple pulsatoire)

Vibrations parasites dans les tableaux de distribution

La NFC 15-100y fait référence

Le phénomène harmonique :

• Effets généraux de la pollution harmonique en tension et en courant :

Vieillissement prématuré des condensateurs(pertes diélectriques et résonance)

Perturbation des réseaux de communication placés à proximitédes réseaux de puissance en BT

Instabilité potentielle des circuits de régulation des groupes électrogènes

Déclenchement intempestif des disjoncteurs

Imprécision des mesures d’énergie (comptage)

Vacillement de l’éclairage des lampes à décharge

Déformation de l’image des écrans

…..

La NFC 15-100y fait référence

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Page 14: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique :

• Effets généraux de la pollution harmonique en tension et en courant :

dans le cadre d’une protection des personnes contre les contacts indirects par dispositif différentiel, les courants harmoniques, en polluantle courant principal de fonctionnement, entraînent une pollution similairedes courants de défaut à la terre.

les types de détecteurs de défauts différentiels doivent être adaptésà ces courants de fuite « pollués ».

série AH 8xxF (30 mA)ou AI 8xxF (300 mA)

Avec détecteurde type A

combiné à la fonction HId’immunité renforcée

les détecteurs de défauts différentielsne doivent pas être sensibles auxperturbations véhiculées par lesconducteurs principaux.

Le phénomène harmonique :

• Effets généraux de la pollution harmonique en tension et en courant :

Tous ces effets sont à long terme très actifs dans la réduction de la durée de vie des installations :

augmentation du taux de panne (MTBF)augmentation du coût des procédures de surveillance et d’intervention

Les effets relatifs à l’augmentation des pertes Joules et fer, soient :- échauffements des bornes, des conducteurs phases et neutre,- sollicitation des disjoncteurs thermiques,- échauffements des circuits magnétiques et des bobinages,

conduisent à une logique de surdimensionnement / déclassement del’installation ou d’adaptation (pour compensation) de l’installation.

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Page 15: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Le phénomène harmonique :

• Les remèdes :

Principe : compromis technico-économique, dépendant de la nature des polluants harmoniques (durée, fluctuation, fréquences et amplitudes) :

dimensionner la source,filtrer (1 filtre pouvant valoir entre 20 à 30% du prix d’une installation ou de l’alimentation d’un équipement)

compenser

alimenter les charges polluantes par des circuits dont l’origine est la plusproche de la sourcealimenter les charges sensibles et les charges polluantes par des circuits séparés,utiliser des transformateurs à couplage spéciaux,éviter le schéma TNC, qui présente des risques de perturbationsdes matériels sensiblesréduire les courants injectés par l’utilisation de filtres actifs, passifsou hybrides et/ou des ponts dodécaphasés,réduire la tension harmonique en diminuant l’impédance de source(augmentation de la puissance de court-circuit)dimensionner les conducteurs (et choisir leur protection)R

emèd

es g

énér

aux

cité

spa

r la

NFC

15-

100

Le phénomène harmonique :• exemple : Paramètres d’un systèmed’entraînement influant sur les émissionsharmoniques

plus les harmoniques de tension sont faibles

Plus la puissance de court-circuit de l’alimentation est élevée …

plus les harmoniques de tension sont faibles

Plus l’impédance du transformateur est faible …

plus les harmoniques de tension sont faibles

Plus le transformateur est puissant …

plus les harmoniques de courant sont faibles

Plus l’indice de pulsation du redresseur est élevé …

plus les harmoniques de courant sont faibles

Plus l’inductance coté alternatif ou coté continu est élevée

plus les harmoniques de courant sont élevés

Plus la charge moteur est élevée …

plus les harmoniques de courant sont élevés

Plus le moteur est gros …

EffetsFacteurs

Tran

sfor

mat

eur

Con

vert

isse

urde

fréq

uenc

eC

harg

e

La NFC 15-100y fait référence

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Page 16: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Tran

sfo r

mat

eur

HT

/ BT

Installation

i3

i2

i1

iN

i3

i2

i1 i3

iN

La déformation d’un courant

• Définition d’un récepteur

Les récepteurs, qu’ils soient :- triphasés + neutre,- triphasés sans neutre,- monophaséscontiennent :

le récepteur final (et sa charge)son dispositif de conversion de l’énergie(redresseur, alim. découpée, ballast, …)

Les courants pollués sont« vus par le réseau d’alimentation »

La déformation d’un courant

• Courant non sinusoïdal et définition harmonique

Les courants pollués ne sont pas sinusoïdaux, car ils sont réclamés par les charges non linéaires pour leur fonctionnement.

Tout courant dont la forme d’onde n’est pas sinusoïdale résulte toujours d’une addition :

d’une composante continue,de courants sinusoïdaux dont les fréquences sont des multiples

(pairs ou/et impairs) de la fréquence du courant initialCes courants sinusoïdaux sont appelés « harmoniques ».Chaque harmonique est nommé par son « rang » c’est à dire par le multiple de la fréquence du courant initial.Exemple : harmonique de rang 3 = H3 = courant harmonique de fréquence 3xF, si F est la fréquence du courant initial.

Réalisé par le Service formation © Sous réserve de modifications – 06/200 Dossier client 16

Page 17: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

= + +

+

+

Exemple de courant déformé !Il est symétrique.Sa fréquence est F

Ici la « composante continue » est nulle, de part la symétrie / axe

L’harmonique de même fréquence F que le courant,soit H1 est aussiappelée« le fondamental »

L’harmoniqueH2, de fréquence double

L’harmoniqueH3, defréquencetriple

L’harmoniqueH4, defréquencequadruple

L’harmoniqueH5, defréquence5xF

+

Taux individuel harmonique de cet exemple

+

+

+

= + +

Définir le rang harmonique n’est pas suffisant pour caractériser l’influence des harmoniques

il est important de connaître l’amplitude (A) de chaqueharmonique : son effet individuel en quelque sortel’expression se fait en % et la référence (100%) estl’harmonique fondamentale (H1)

= 100 x AnA1

Taux del’harmonique

« n »

100%

A1 = réf

70%

A2

50%A3

30%

A4

20%A5

Réalisé par le Service formation © Sous réserve de modifications – 06/200 Dossier client 17

Page 18: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Calcul de la valeur efficace d’un courant alternatif déformé :La NFC 15-100y fait référence

Par la formule : I² = I²H1 + I²H2 + I²H3 + I²H4 + ….. + I²Hn

Soit : I = I²H1 + I²H2 + I²H3 + I²H4 + ….. + I²Hn

En sinus pur En déformé

• Calcul du taux d’harmonique THD :

THDi = I²H2 + I²H3 + I²H4 + ….. + I²Hn

I²H1

=

Valeur efficace de la

déformation

Valeur efficace de H1

« image de la déformation »

« image du sinus pur »

soit

Puis à multiplier par 100 pour obtenir THDi%

Réalisé par le Service formation © Sous réserve de modifications – 06/200 Dossier client 18

Page 19: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Pourquoi est t-il important de maîtriser le taux de pollution harmonique ?

Parce que la déformation harmonique du courant, réclamée par la charge non linéaire pour fonctionner va entraîner une demande supplémentaire de puissance à la source.

Et donc contribuer à augmenter la section des conducteurs, et des raccordements, et globalement à sur-dimensionner l’installation !!

Démonstration :

• Lorsque la charge est linéaire (cas idéal) :Le courant de la charge vaut le courant fondamental, puisqu’il n’y pasd’harmoniques, donc l’électrotechnique « classique » s’applique :

H2 H3+ + + =…….

Harmoniques = 0Fondamental Icharge linéaire

tension

Courantactif

Pactive

« fait chauffer »« fait éclairer »« fait tourner »

Qréactive« magnétise les

circuits »« crée l’effet capacitif

des ballasts »

2 2 2+ = Sapparente

et son courant d’emploi

tension

cosϕCourantréactif

tension

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Page 20: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

tension

Sapparente

• Lorsque la charge n’est PAS linéaire (cas réel) :Le courant fondamental ne suffit plus pour faire fonctionner la charge et sonélectronique, un surplus de puissance sera alors nécessaire !!

Harmoniques ≠ 0Fondamental icharge non linéaire

Pactive

« fait chauffer »« fait éclairer »« fait tourner »

Qréactive« magnétise les

circuits »« crée l’effet capacitif

des ballasts »

tension

Courantactif

+ + + =H4 = 30%H5 = 20%

Courantréactif

tension tension

Courantpollué

Ddéformante« convertit l’énergie »

Cosϕn’est plus

le facteur depuissance

et la valeur du courant d’emploi devient plus importante de part la pollution D²

2 2 2+ =2+

En courant déformé, le facteur de puissance est calculé à partir de sa définition électrotechnique, c'est à dire : FP = Puissance active / Puissance apparente soit FP = P / S Dans ce cas le terme "cos ϕ" ne convient plus pour exprimer la notion de "facteur de puissance", car il ne se réfère qu'à l'harmonique fondamentale (H1) du courant et non au signal complet du courant consommé.

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Page 21: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Différentes charges et taux d’harmonique correspondant

La plupart des charges non linéaires connectées au réseau sont dites « symétriques », c’est à dire avec :- des alternances égales et opposées- mais aussi des demi-alternances symétriques

ces charges ne génèrent pas d’harmoniques de rang pair :H2 ; H4 ; H6; H8 ; H10 ; H12 ; H14 ; …… ; sont égales 0

Ce sera le cas des exemples montrés ci-après.

La déformation d’un courant

• Différentes charges et taux d’harmonique correspondant

Les redresseurs monophasé à diode avec filtrage capacitif :

ces charges sont les principaux générateur de l’harmonique de rang 3,et des multiples du rang 3, dont H9 et H15 entre autre.Et H3 peut atteindre jusqu’à 80% du fondamental !

ichargeH1H3Dans cet exemple :

Si IH1 = 100 AIcharge = 128 A

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Page 22: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Différentes charges et taux d’harmonique correspondant

Les circuits alimentant des luminaires à lampes à déchargesdont les tubes fluorescents :

ces charges consomment des courants harmoniques de rang 3 et multiples de 3 dont le taux est compris entre 15% et 33%

Les circuits dédiés à la bureautique et à l’informatique :

ces charges consomment des courants harmoniques de rang 3 et multiples de 3 dont le taux est supérieur à 33%

La NFC 15-100y fait référence

La déformation d’un courant

• Différentes charges et taux d’harmonique correspondant

Les charges triphasées non linéaires, équilibrées, symétriquessans raccordement du neutre

ces charges ne consomment pas de courants harmoniques de rang 3et multiples de 3 (c’est à dire : 3, 9, 15, …)mais uniquement de rang 5, 7, 11, 13, 17, 19, …

exemples : - 1er cas : un pont redresseur à 6 diodes- 2ème cas : le même pont mais équipé d’une inductance de filtrage (+20% du prix)

- 3ème cas : un pont à 12 diodes avec transformateur spécial (+100% du prix du 1er redresseur)

un pont dodécaphasé

La NFC 15-100y fait référence

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Page 23: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

i1

i2

i3

Si IH1 = 100 AIcharge = 130 A

Pont à 6 diodes

Pont à 12 diodes

Si IH1 = 100 AIcharge = 101 A

Pont à 6 diodes+ inductance

Si IH1 = 100 AIcharge = 106 A

H5 = 63%H7 = 54%H11 = 10%H13 = 6%

H5 = 30%H7 = 12%H11 = 9%H13 = 6%

H5 = 11%H7 = 6%H11 = 6%H13 = 5%

La déformation d’un courant

• Différentes charges et taux d’harmonique correspondant

Les charges triphasées non linéaires, équilibrées, symétriquesAVEC raccordement du neutre

ces charges consomment en plus des courants harmoniquesde rang 5, 7, 11, 13, 17, 19, … , également ceux de rangs 3 et multiples de 3 (appelés « homopolaires »)

exemples : ils seront étudiés en partie 4 avec un logigramme dedimensionnement de la section du conducteur neutre.

La NFC 15-100y fait référence

Réalisé par le Service formation © Sous réserve de modifications – 06/200 Dossier client 23

Page 24: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

148 A

247 A

≤1%/

≤3%/

≤7%/

≤15%/

≤38%/

≤61%/

≤81%/100

%

Redresseur triphasé : charge équilibrée, symétrique, non linéaire, AVEC conducteur NEUTRE

101 A//5%/6%///6%/11%///100

%Redresseur dodécaphasé

106 A//6%/9%///12%/30

%///100%

Redresseur triphasé 6 diodes et inductance de filtrage

130 A//6%/10%///54

%/63%///100

%Redresseur triphasé 6 diodes

//oui/oui///oui/oui///100%

Charge triphasée équilibrée, symétriques, non linéaire, SANS NEUTRE

128 Aoui/oui/oui/oui/oui/oui/≤80%/100

%Redresseur monophasé à diodes et filtrage capacitif

oui/oui/oui/oui/oui/oui/oui/100%

Charges non linéaires et symétriques

//////////////100%

Charges linéaires, monophasée, triphasée équilibrée ou non

Icharge si

H1=100AH15H14H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1

Présence des harmoniques en fonction des charges

x3

nonnon

x3 X3

non

La NFC 15-100y fait référence

Réalisé par le Service formation © Sous réserve de modifications – 06/200 Dossier client 24

Page 25: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Exemple de mesures sur une charge « lampe basse consommation »

Cas du circuit3∼ + neutre

Forme ducourant dansune phase

Nota : mesures réalisées avec une pince wattmétrique

Courant dans le neutre : valeur simuléeIn = 1.72 x Iph (environ)

La déformation d’un courant

• Exemple de mesures sur une charge « lampe basse consommation »

Cas du circuit3∼ + neutre

Analyse du spectre harmonique

en % / RMS

Nota : mesures réalisées avec une pince wattmétrique

Réalisé par le Service formation © Sous réserve de modifications – 06/200 Dossier client 25

Page 26: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Exemple de mesures sur une charge « lampe basse consommation »

Cas du circuit3∼ + neutre

Analyse du spectre harmonique

en % de H1

Nota : mesures réalisées avec une pince wattmétrique

Quid H3 et multiples ?

Attenti

on

à l’éc

helle

La déformation d’un courant

• Exemple de mesures sur une charge « lampe basse consommation »

Cas du circuit3∼ sans neutre

Forme ducourant dansune phase

Nota : mesures réalisées avec une pince wattmétrique

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Page 27: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Exemple de mesures sur une charge « lampe basse consommation »

Cas du circuit3∼ sans neutre

Analyse du spectre harmonique

en % / RMS

Nota : mesures réalisées avec une pince wattmétrique

La déformation d’un courant

• Exemple de mesures sur une charge « lampe basse consommation »

Cas du circuit3∼ sans neutre

Analyse du spectre harmonique

en % de H1

Nota : mesures réalisées avec une pince wattmétrique

Quid H3 et multiples ?

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Page 28: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

La déformation d’un courant

• Pourquoi les courants harmoniques homopolaires affectent-ilsle conducteur neutre ? iR H1R H3R

H1TiTH3T

H1S H3SiS

iN = iR + iS + iT

La charge est équilibrée

Tous les H3 restent « accordés » malgré le déphasage du système triphasé !Ils s’additionnent dans le conducteur neutre de la charge équilibrée !

Que ce passe t-il lorsque le conducteur de neutre est supprimé dans le cas du schéma ci-dessus ? Les harmoniques "homopolaires" (de rang 3 et multiples) disparaissent du spectre harmonique du courant dans les phases. Le conducteur neutre pourrait théoriquement être supprimé, car la charge de l'exemple est équilibrée. Le fonctionnement est donc assuré, toutefois, il convient d'être très prudent dans l'équilibrage des phases sous peine de dysfonctionnement, voire de dégâts en conséquence de tension incorrecte aux bornes des appareillages. Le rôle très important du conducteur neutre étant tout de même de fixer le potentiel du point étoile, donc de maîtriser les tensions, il est délicat de s'en passer sous prétexte qu'il doit être surdimensionné à cause des courants harmoniques générés par les charges non linéaires.

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Page 29: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Dans le cas de schémas triphasés avec neutre et lorsque le taux d’harmonique n’est pas défini par l’utilisateur :

Le pôle neutre doit être protégé et coupé

le schéma TNC est interdit ;

dans les schémas TNS, TT, IT, la section du conducteur neutre doit être égale à celle de la phase.

Logigramme de calcul d’un circuit avec présence d’harmoniques

• Préambule :

Un taux H3 compris entre 15% et 33% correspond à des circuits d’éclairage alimentant des lampes à décharges dont les tubes fluorescents, installés dans des ateliers, bureaux, grandes surfaces, …Un taux H3 supérieur à 33% correspond aux circuits dédiés à la bureautique, l’informatique, appareils électroniques, placés dans des immeubles de bureaux, centres de calcul, banques, salles de marchés, magasins spécialisés, …

1.1.1 Calcul d'un circuit avec présence d'harmoniques

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Page 30: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Logigramme de calcul d’un circuit avec présence d’harmoniques

• Section de conducteur de neutre / circuits / taux d’harmonique :

Sneutre > Sphase

Ib neutre = 1.45 x Ib phFacteur de 0.84

Circuits triphasés + NeutreCâbles unipolairesSphase > 16 mm² Cu ou 25 mm² Alu

Sneutre = Sphase / 2admisNeutre protégé

Circuits triphasés + NeutreCâbles multipolairesSphase > 16 mm² Cu ou 25 mm² Alu

Sneutre = Sphase

et Sneutre est déterminante pour le calcul de Sphase :Ib neutre = 1.45 x Ib phFacteur de 0.84

Sneutre = Sphase

Facteur de 0.84

Circuits triphasés + NeutreCâbles multipolairesSphase ≤ 16 mm² Cu ou 25 mm² Alu

Sneutre = SphaseSneutre = Sphase

Sneutre = Sphase

Circuits monophasé

TH > 33%15 < TH ≤ 33 %0 < TH ≤ 15 %

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Page 31: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

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Page 32: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

Réalisé par le Service formation © Sous réserve de modifications – 06/200 Dossier client 32

Page 33: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

THDi < 10%et H3 < 15%

Choix : H3 = 6%H5 = 5%, H7 = 3%, H9 = 1%

H11 = 1%, H13 = 0%, H15 = 0

Alim

enta

tion

etPr

otec

tions

R

S

T

N

ib

ib

ib

iN

Charge : Triphasée + N., non linéaire, équilibrée, symétrique, inductive FP = 0.85, Ib = 137 A

IN = 27 A

10% < THDi < 50%et 15% < H3 < 33%Choix : H3 = 32%

H5 = 24%, H7 = 15%, H9 = 6%H11 = 3%, H13 = 1%, H15 = 0

Alim

enta

tion

etPr

otec

tions

R

S

T

N

ib

ib

ib

iN

Charge : Triphasée + N., non linéaire, équilibrée, symétrique, inductive FP = 0.85, Ib = 137 A

IN = 125 A

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Page 34: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

10% < THDi < 50%et H3 > 33%

Choix : H3 = 37%H5 = 28%, H7 = 17%, H9 = 7%H11 = 3%, H13 = 1%, H15 = 0

Alim

enta

tion

etPr

otec

tions

R

S

T

N

ib

ib

ib

iN

Charge : Triphasée + N., non linéaire, équilibrée, symétrique, inductive FP = 0.85, Ib = 137 A

IN = 139 A

THDi > 50%et H3 > 33%

Choix : H3 = 63%H5 = 48%, H7 = 30%, H9 = 12%H11 = 5%, H13 = 1%, H15 = 1%

Alim

enta

tion

etPr

otec

tions

R

S

T

N

ib

ib

ib

iN

Charge : Triphasée + N., non linéaire, équilibrée, symétrique, inductive FP = 0.85, Ib = 137 A

IN = 201 A

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Page 35: Harmoniques Et Sections Des Conducteurs HAGER

THDi > 50%et H3 > 33%

Choix : H3 = 74%H5 = 56%, H7 = 35%, H9 = 14%H11 = 6%, H13 = 3%, H15 = 1%

Alim

enta

tion

etPr

otec

tions

R

S

T

N

ib

ib

ib

iN

Charge : Triphasée + N., non linéaire, équilibrée, symétrique, inductive FP = 0.85, Ib = 137 A

IN = 218 A

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