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Influence des harmoniques sur la mesure de courant

  • sensilec
  • 14 févr.
  • 3 min de lecture

Dernière mise à jour : 22 févr.


L’influence des harmoniques dans la mesure de courant est un point essentiel, surtout dans les environnements industriels modernes où les charges sont souvent non linéaires (variateurs de vitesse, alimentations à découpage, onduleurs, LED, etc.).


les courants harmonique

Qu’est-ce qu’une harmonique ?

Dans un réseau idéal, le courant est une sinusoïde pure à 50 Hz (ou 60 Hz).

Lorsqu’il y a des charges non linéaires, le courant devient déformé et contient des fréquences multiples de la fondamentale (généralement impaires) :

  • 3ᵉ harmonique → 150 Hz

  • 5ᵉ harmonique → 250 Hz

  • 7ᵉ harmonique → 350 Hz

  • etc.

La déformation totale est généralement exprimée par le THD (Total Harmonic Distortion).


Influence des harmoniques sur la mesure de courant

- Erreur d’amplitude.

Un capteur conçu uniquement pour 50/60 Hz peut :

  • Sous-estimer le courant RMS réel

  • Filtrer les hautes fréquences

  • Introduire une erreur significative si le THD est élevé

Résultat : mesure incorrecte de la consommation ou de la charge.


Impact sur la valeur efficace (RMS)

La valeur efficace réelle d’un courant déformé est donnée par : Irms = √(I₁² + I₂² + I₃² + …)

où :

  • I₁ = fondamentale

  • I₂, I₃… = composantes harmoniques

Un appareil de mesure non « True RMS » peut mesurer uniquement la fondamentale ou appliquer une hypothèse sinusoïdale, ce qui entraîne une sous-estimation du courant réel.


- Problème de bande passante du capteur.

Chaque technologie de capteur a une bande passante limitée :

Technologie

Sensibilité aux harmoniques

Transformateur de courant (TC) classique

Limité (souvent < 1 kHz)

Capteur à effet Hall

Meilleure bande passante

Rogowski

Très large bande passante

Shunt

Relativement large

Si la bande passante est insuffisante → les harmoniques sont atténuées → le courant RMS est faux.


 Impact sur les transformateurs de courant (TC)

Les harmoniques élevées fréquences peuvent :

  • Augmenter les pertes fer (hystérésis + courants de Foucault)

  • Provoquer une saturation plus rapide du noyau

  • Dégrader la précision du rapport de transformation

  • Augmenter l’échauffement du TC

Les TC classiques 5 A ou 1 A conçus pour 50 Hz peuvent voir leur précision chuter fortement en présence d’un THD élevé.

Les sorties 333 mV ont généralement une meilleure bande passante mais restent limitées selon la conception du noyau.


- Échauffement et saturation.

Les harmoniques :

  • Augmentent le courant RMS réel

  • Peuvent provoquer la saturation d’un TC

  • Augmentent les pertes fer (hystérésis + courants de Foucault)

Cela peut fausser encore davantage la mesure.

Même si la puissance active ne change pas significativement, les harmoniques augmentent :

  • Le courant efficace total

  • Les pertes Joule (I²R)

  • L’échauffement des conducteurs

Cela peut réduire la durée de vie des équipements.


- Erreur sur la puissance.

Si la mesure de courant est fausse :

  • La puissance active est mal calculée

  • Le facteur de puissance est erroné

  • Les pénalités réseau peuvent être mal évaluées


Impact selon l’application

Les harmoniques sont importantes dans :

  • Variateurs de vitesse

  • Onduleurs photovoltaïques

  • Bornes de recharge EV

  • Datacenters

  • Éclairage LED industriel

Dans ces environnements, le THD peut dépasser 30 à 40 %.


Bonnes pratiques pour une mesure fiable

- Choisir un capteur avec bande passante adaptée.

- Vérifier la spécification THD admissible.

- Utiliser un capteur True RMS.

- Vérifier la linéarité sur toute la plage fréquentielle.

- Tenir compte du facteur de crête.


Critères de choix d’un capteur en environnement harmonique

- Bande passante suffisante : minimum 10× la fréquence maximale.

- Précision RMS vraie : spécification pour signal non sinusoïdal.

- Facteur de crête admissible : souvent CF max = 3 ou 4 (à vérifier).

- Linéarité en fréquence : courbe d’erreur amplitude/phase vs fréquence.

- Immunité CEM : important en environnement PWM.


Point important

  • Beaucoup d’installateurs choisissent un capteur uniquement sur le courant nominal, mais oublient la distorsion harmonique. Résultat : erreurs de mesure, déclenchements intempestifs, mauvais diagnostic énergétique.

  • Conséquences métrologiques,

    Une mauvaise prise en compte des harmoniques peut entraîner :

    - une sous-facturation ou surfacturation énergétique.

    - un mauvais dimensionnement des protections.

    - un diagnostic erroné de surcharge.

    - des déclenchements intempestifs.




 
 
 

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