Phénomènes harmoniques dans les systèmes électriques: causes, effets et risques

Harmoniquesont un phénomène critique mais souvent négligé dans les systèmes électriques. Ils représentent les distorsions de la forme d'onde sinusoïdale idéale de tension ou de courant, se produisant à des fréquences qui sont des multiples entiers de la fréquence fondamentale (par exemple, 50 Hz ou 60 Hz). Bien que les harmoniques soient inhérentes aux systèmes d'énergie modernes, leur présence incontrôlée peut entraîner de graves conséquences opérationnelles et financières. Cet article explorera leurs causes, leurs effets et leurs risques.

Qu'est-ce qui cause les harmoniques?

Harmoniqueproviennent principalement de charges non linéaires - des appareils où le courant ne s'aligne pas avec la forme d'onde de tension sinusoïdale. Les exemples courants comprennent:

Drives de fréquences variables (VFD) dans les moteurs industriels, les alimentations en mode commutateur (par exemple, les ordinateurs, les serveurs, l'éclairage LED), les onduleurs d'énergie renouvelable (systèmes solaires / éoliens), les alimentations d'alimentation sans interruption (UPS) et les stations de charge électrique. Ces charges perturbent le flux lisse du courant, produisant des formes d'onde déformées. Par exemple, un VFD peut tirer un courant dans des impulsions courtes plutôt que sur une onde sinusoïdale continue, résultant en des harmoniques telles que la 3e (150 Hz), 5e (250 Hz) ou 7e (350 Hz) harmoniques.

Quels sont les effets des harmoniques?  

Les harmoniques dégradent la qualité de l'énergie et imposent des coûts cachés importants à l'infrastructure électrique:  

Les harmoniques entraînent des pertes d'énergie et une augmentation des coûts. Par exemple, les courants harmoniques du cinquième ordre peuvent entraîner jusqu'à 15% de déchets d'énergie supplémentaires dans les systèmes de distribution (US Department of Energy Research). Cette inefficacité peut entraîner des factures d'électricité plus élevées.  

Il peut causer des dommages à l'équipement et une durée de vie réduite, car les courants harmoniques génèrent des courants de Foucault et des pertes d'hystérésis, entraînant une surchauffe. Les transformateurs opérant dans des environnements à haut harmonique peuvent échouer 30 à 50% plus rapidement que leur durée de vie nominale. De plus, les harmoniques peuvent provoquer une résonance, entraînant une surcharge de condensateurs et des explosions ou des incendies potentiels. De plus, dans les systèmes en trois phases, les harmoniques du troisième ordre (3e, 9e, etc.) s'accumulent sur la ligne neutre, ce qui la fait surchauffer.  

Les harmoniques peuvent également entraîner des perturbations opérationnelles, en particulier dans des équipements sensibles tels que les dispositifs médicaux, les instruments de laboratoire ou les serveurs de centres de données qui dépendent de la puissance propre. La distorsion de tension causée par des harmoniques peut entraîner une défaillance de l'équipement, une corruption des données ou des temps d'arrêt imprévus.

Les risques de conformité et de sécurité associés aux harmoniques sont également essentiels. La dépassement des limites harmoniques spécifiées dans des normes telles que l'IEEE 519-2022 peut entraîner des amendes réglementaires. De plus, la surchauffe des équipements peut créer des risques d'incendie et des risques de sécurité.

En tant que fabricant et fournisseur professionnel, nous fournissons des produits de haute qualité. Si vous êtes intéressé par nos produits ou si vous avez des questions, n'hésitez pas àContactez-nous.