Les systèmes électriques modernes s'appuyant de plus en plus sur des charges non linéaires, la distorsion harmonique totale du courant (THDi) est devenue un facteur crucial pour garantir la qualité de l'énergie et la longévité des équipements. Dans cet article, nous explorons ce qu'est le THDi, ses causes, ses impacts sur les équipements et comment l'atténuer grâce à des techniques avancées de filtrage des harmoniques.

1. Qu'est-ce que le THDi ?

THDi signifie Distorsion Harmonique Totale du Courant. Il mesure le degré de distorsion de la forme d'onde du courant dans un réseau électrique. Il représente le rapport entre le courant harmonique total et le courant fondamental, généralement exprimé en pourcentage.

Selon la norme nationale GB/T 14549-93 :

Réseaux publics : THDi < 5 %

Réseaux haute tension (>10 kV) : THDi < 4 %

Systèmes industriels : THDi < 5 %

Systèmes résidentiels : THDi < 3 %

Systèmes haut de gamme (par exemple stockage d'énergie) : le THDi peut être < 3 %

2. Principales sources de distorsion harmonique Le THDi provient principalement des charges non linéaires, c'est-à-dire des dispositifs dont la relation tension-courant ne suit pas la loi d'Ohm. Ces dispositifs consomment des courants non sinusoïdaux même sous une tension sinusoïdale, créant des harmoniques à des multiples de la fréquence fondamentale.

Voici quelques exemples clés :

Dispositifs de commutation à semi-conducteurs (diodes, thyristors, IGBT) : provoquent des formes d'onde pulsées ou écrêtées, conduisant à des harmoniques d'ordre supérieur.

Chargeurs industriels avec redressement : Les redresseurs à 6 impulsions produisent un THDi > 30 %, avec des harmoniques 5, 7, 11 et 13. Les redresseurs à 12 impulsions réduisent le THDi à 8-10 %, mais nécessitent toujours un filtrage.

3. Impacts d'un THDi élevé sur les équipements

1. Surchauffe et déclassement du transformateur Les courants harmoniques augmentent les pertes par courants de Foucault, cuivre et parasites dans les transformateurs. L'effet de peau s'intensifie, provoquant une élévation de température et nécessitant un déclassement (généralement de 15 à 20 %). Une surchauffe prolongée entraîne un vieillissement de l'isolation et une réduction de sa durée de vie.

2. Résonance du condensateur et risque d'explosion Les condensateurs ont une réactance qui dépend de la fréquence. Les harmoniques d'ordre élevé (par exemple, le 11e) peuvent provoquer des résonances et des surtensions. Les données réelles montrent des pics de courant harmonique compris entre 1,3 % et 39 %, entraînant une surtension du condensateur et de possibles explosions.

3. Dégradation de l'isolation des câbles Les harmoniques intensifient l'effet de peau et le double échauffement des câbles. Dans les systèmes déséquilibrés, la superposition d'harmoniques de troisième rang multiplie le courant de ligne neutre par trois par rapport au courant de phase, augmentant ainsi les risques de décharge, de court-circuit et d'incendie.

4. Distorsion de tension et dysfonctionnement de l'équipement Lorsque le THDi dépasse 15 %, la distorsion de tension (THDu) augmente, affectant les systèmes de contrôle de précision et l'électronique sensible.

4. Mesures efficaces d'atténuation des harmoniques

1. Mise à niveau vers Redresseurs à 12 impulsions Le remplacement des redresseurs à 6 impulsions réduit le THDi de 30 à 40 % à 8 à 12 %.

2. Correction du facteur de puissance (PFC) Les circuits PFC actifs dans les chargeurs et les alimentations peuvent supprimer les 5e et 7e harmoniques, atteignant un THDi < 5 %.

3. Filtres de puissance actifs (APF) Les filtres de protection antiparasites (APF) détectent les harmoniques en temps réel et injectent des courants de compensation. Avec un temps de réponse inférieur à 5 ms et une efficacité de suppression de 95 %, ils couvrent les harmoniques de la 2e à la 50e. Associés à des filtres LC passifs, ils peuvent éliminer efficacement les harmoniques de la 11e à la 13e, ce qui est idéal pour la protection côté transformateur.

5. Scénarios d'application réels

Nos solutions de filtrage des harmoniques, lorsqu'elles sont déployées avec les chargeurs industriels EverExceed, ont considérablement amélioré la qualité de l'énergie dans les infrastructures clés :

pôles de transport (gares ferroviaires à grande vitesse et de métro)

Installations municipales et postes électriques

Systèmes d'éclairage et postes de commutation des centrales électriques

Dans ces déploiements, les taux de qualification de tension sont passés de 75 % à 99 %, et les dommages aux composants dus à l’instabilité de tension ont diminué de 90 %.

Conclusion : Pourquoi la gestion du THDi est importante Le THDi est plus qu'un paramètre technique : c'est un indicateur essentiel de la santé du réseau électrique. L'atténuation proactive des harmoniques protège vos équipements, améliore leur efficacité et assure leur stabilité opérationnelle.

EverExceed propose des solutions avancées de filtrage des harmoniques adaptées aux applications industrielles. Contactez-nous dès aujourd'hui pour découvrir comment nous pouvons vous aider à optimiser vos systèmes électriques en termes de performance, de sécurité et de fiabilité.