Qu’est-ce que la distorsion harmonique et pourquoi est-elle importante ?

Les harmoniques ne sont pas visibles, en revanche leurs effets se font ressentir. Les distorsions harmoniques sont des déformations répétitives et continues de la tension propre ou des formes d’onde du courant.

L’analyse de Fourier, technique mise au point par le mathématicien français, nous permet de visualiser l’ampleur des harmoniques présentes dans le système.

Fourier a démontré que toute forme d’onde déformée est simplement un ensemble d’ondes sinusoïdales individuelles de différentes fréquences et amplitudes combinées. La forme d’onde déformé se compose d’une courbe fondamentale sinusoïdale, plus les harmoniques.

Ce sont ces ondes sinus individuelles d’ordre supérieur qui sont appelées harmoniques. Généralement, nous faisons référence aux distorsions de puissance dans la plage de fréquence inférieure à 2 kHz en tant que « distorsion harmonique ».

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La distorsion harmonique de la forme d’onde provient de charges non linéaires connectées à l’alimentation électrique. Toutes les charges qui consomment un courant non sinusoïdal sont appelées charges non linéaires. Principaux facteurs participant aux harmoniques :

• Alimentations en mode commutation
• Équipement d’éclairage fluorescent et LED
• Systèmes d’alimentation sans coupure (UPS)
• Variateurs de fréquence, également appelés variateurs à vitesse variable (VSD), variateurs à fréquence variable (VFD), variateurs de fréquence ou simplement variateurs

Pour réduire les dommages aux équipements, les réglementations limitent les harmoniques à de faibles niveaux dans les réseaux d’alimentation électrique. L’atténuation n’est pas toujours nécessaire, mais lorsque c’est le cas, les appareils d’atténuation des harmoniques peuvent réduire les harmoniques pour se conformer à ces réglementations. Pour une atténuation des harmoniques réussie, il existe un grand choix de méthodes, entre autres l’utilisation de filtres harmoniques, de variateurs Active Front End (AFE).

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La distorsion harmonique dans les systèmes électriques endommage l’équipement en provoquant une surchauffe, des contraintes de tension et des pertes d’énergie, qui sollicitent les composants et réduisent leur durée de vie. Les effets d’une plus grande distorsion harmonique sont étendus, car ils affectent chaque équipement électrique connecté au même système.

Une distorsion harmonique excessive peut entraîner une surchauffe des câbles et des moteurs. Les moteurs, l’appareillage de commutation, les fusibles, les câbles et les équipements de mesure sensibles sont tous concernés. La distorsion avec contenu harmonique peut même interférer avec les appareils de télémétrie et de communication critiques comme les systèmes Wi-Fi.

Cela peut entraîner des pannes prématurées de l’équipement, notamment fusibles grillés, déclenchement des disjoncteurs ou surchauffe des moteurs, susceptibles d’affecter l’ensemble de l’installation industrielle si des mesures correctives, comme le recours à des filtres harmoniques ou l’amélioration de la qualité de l’alimentation, ne sont pas mises en œuvre.

L’image montre l’influence des générateurs de distorsion harmonique sur la surchauffe des moteurs électriques.

La distorsion harmonique augmente les factures d’énergie du fait de l’augmentation des pertes du système et de la réduction de l’efficacité globale du système.

Cette énergie gaspillée est un problème majeur en termes de coûts d’exploitation pour les utilisateurs industriels.

Pour réduire la facture totale tout en obtenant la même quantité de puissance utile, nous devons réduire la distorsion harmonique.

Les factures d’électricité se composent de la puissance active et de la puissance réactive. Seule la puissance active est utilisable, mais nous payons pour les deux composantes. Le coût supplémentaire peut avoir un impact sur la rentabilité.

Les distorsions de puissance, et notamment les harmoniques, ne sont pas de simples nuisances. Elles peuvent provoquer l’arrêt de vos processus, entraînant des temps d’arrêt et des interruptions sur vos lignes de production. Elles affectent également les dépenses d’investissement lors de l’achat d’équipements et de carburants pour exploiter votre installation, ce qui a un impact considérable sur les objectifs de coûts d’exploitation.

La distorsion harmonique et la distorsion en général ont également un impact sur les objectifs d’émissions de gaz à effet de serre (GES) dans tous les scopes (émissions de scope 1, 2 et 3). La distorsion de l’alimentation réseau entraîne les effets indésirables suivants :

• L’équipement est surdimensionné pour résister aux dommages
• L’équipement fonctionne de manière inefficace
• La distorsion empêche les initiatives d’efficacité énergétique d’avancer

La bonne nouvelle, c’est qu’il est possible d’atténuer la distorsion harmonique, et notamment les harmoniques à haute fréquence et les harmoniques d’ordre inférieur. En mettant en place des mesures pour maintenir la distorsion de tension à des niveaux faibles, vous pouvez :

• Augmenter la capacité de charge du transformateur. Cela signifie que vous pouvez réduire la taille des transformateurs et des générateurs nécessaires
• Prolonger la durée de vie
• Augmenter l’efficacité de l’équipement pour réduire les pertes
• Réduire le risque de pannes de courant et d’arrêts de production

Les harmoniques nuisent à la fiabilité des réseaux en déformant les formes d’ondes électriques, ce qui peut avoir un impact négatif sur les performances des équipements et systèmes sensibles. Plus on ajoute d’appareils électriques non linéaires à un système, plus le système est vulnérable à ces distorsions.



Par conséquent, il est important de prendre en compte les harmoniques et de savoir comment les atténuer pour construire un système résilient qui ne tombe pas en panne.