Compensation d’énergie réactive


L’énergie réactive est liée à l’utilisation de récepteurs inductifs (moteurs, transformateurs),le seuil de facturation d’EDF Cos Fi 0.93 et tan Fi <0.4.


L’intérêt d’un bon cos Fi :
– Augmentation de la puissance disponible au secondaire du transformateur.
– Diminution du courant véhiculé dans l’installation en aval du disjoncteur BT.
– Diminution des pertes par effet Joule dans les câbles


Triangle rectangle des puissances:
Deux récepteurs sont branchés sur la même ligne d’alimentation, ils consomment la même puissance active. Le récepteur 2 consomme plus d’énergie réactive. Nommer chacun des vecteurs du triangle de puissance avec les grandeurs caractéristiques.

triangle-rectangle-des-puissances-1

les relations reliant les puissances => S=√(P²+Q²) Fi=Arctan (Q/P).


Les inconvénients de la circulation d’énergie réactive
Une grande puissance réactive donc un mauvais facteur de puissance (cosj faible ou tgj fort) nous pénalise sur :
– Une diminution de la puissance active disponible au secondaire du transformateur alimentant l’installation
– Le dimensionnement des câbles et de l’installation: Pertes importantes par échauffement.
– Le courant appelé chez EDF: surfacturation.
C’est pourquoi EDF sanctionne par une majoration tarifaire les clients ayant un mauvais cos Fi.


La mesure de l’énergie réactive en comptage HTA ?
En aval du transformateur.


Quelle valeur doit être respectée pour éviter les pénalités ?
tg Fi <0,4 (soit cos Fi>0,93).

Exemples de facteurs de puissance


Tableau des facteurs de puissances des appareils les plus courants

tableau-8

Principe de la compensation


tableau-9

Les condensateurs apportent une énergie réactive opposée à celle des circuits inductifs, ils fournissent l’énergie réactive donc l’énergie réactive totale diminue.

Installation d’une batterie de condensateurs


Les condensateurs peuvent être installés à différents niveaux de l’installation


Schéma des types de compensation


Compensation globale

ableau-9

Compensation individuelle

compensation-individuelle

Compensation partielle

compensation-partielle

Avantages et inconvénients


Compensation globale :
Avantage :
Ce type de compensation convient pour une installation simple de moyenne puissance, elle permet de supprimer les pénalités pour consommation excessive d’énergie réactive (tarif vert)., D’ajuster le besoin réel de l’installation (kW) à la souscription de la puissance apparente (kVA) dans le cas d’un tarif bleu ou jaune. De soulager le poste de transformation (une partie de l’énergie réactive est fournie par les condensateurs).


Inconvénients :
Toutefois ce mode de compensation ne soulage pas les installations en aval car la totalité du courant réactif est présente dans les câbles jusqu’aux récepteurs.


Compensation partielle :
Avantage :
Les condensateurs sont installés aux départs de chaque atelier. Cette compensation est conseillée lorsque la puissance est importante ou lorsque les ateliers fonctionnent à des régimes différents.
Ce type de compensation en plus des avantages de la compensation globale permet de soulager les câbles alimentant les différents ateliers. La totalité du courant réactif n’est plus présente que dans les câbles allant de l’armoire de distribution de l’atelier aux récepteurs.

Inconvénients : RAS


Compensation individuelle :
Avantages :
la puissance du récepteur est importante par rapport à la puissance souscrite. Ce type de compensation est techniquement idéal, puisque il introduit l’énergie réactive à l’endroit où elle est consommée.


Inconvénients : RAS




Choix d’une batterie de condensateurs



– Rentabilité du matériel
– Contraintes de l’installation (ateliers à facteurs de déphasage différents, nombre de transformateurs …).


Les deux types de compensation possible
Les batteries de condensateurs de type fixe. Ce type de matériel est à utiliser si la puissance de la batterie ne dépasse pas 15% de la puissance apparente S(kVA). Les équipements à régulation automatique intégrée. Ils permettent d’adapter automatiquement la puissance réactive fournie par les batteries de condensateurs. Un relais varmétrique détecte le cos j de l’installation et commande automatiquement l’enclenchement de gradins de condensateurs en fonction de la charge et du cos j désiré. Ce type d’équipements est à utiliser lorsque la puissance réactive fournie par les condensateurs est supérieure à 15% de la puissance apparente.
Lors de la mise sous tension de condensateurs, le courant d’appel (égal au courant de court circuit) dépend de :
– La puissance de court circuit du réseau
– La puissance de la batterie de condensateurs.
– La norme UTE C 54-100 impose à toute batterie de condensateurs de pouvoir supporter en permanence une surcharge de 30% due aux courants harmoniques.

Les éléments générateurs d’harmoniques


Les équipements faisant appel à l’électronique de puissance (variateurs de vitesse, redresseurs, onduleurs,), de plus en plus utilisés, sont responsables de la circulation de courants harmoniques dans les réseaux.
Ces harmoniques perturbent le fonctionnement de nombreux dispositifs. En particulier, les condensateurs y sont extrêmement sensibles du fait que leur impédance décroît proportionnellement au rang des harmoniques présents.
Pour choisir la batterie de condensateurs, on utilise le tableau suivant.

compensation-condensateur

Une charge RL R=1000 ohms L=2H sous le réseau EDF pour f=50Hz
Voir aussi => Montage triphasé (équilibré) (pour éviter de refaire tous les calculs)
Cos Fi=0,84 => tan Fi=0,64
Nouveau cos Fi’=0,93 => Tan Fi’=0,4
La différence entre ces 2 tan Fi est de 0,64-0,4=0,24 ce qui donne un angle de Arctan 0,24=13,49° (déphasage entre la tension et le courant d’environ 14°)


Avant compensation

avant-compensation


Après compensation “couplage Etoile”
La puissance consommée sur une phase est identique sur les 3 phases (montage équilibré)
La Puissance active totale de notre montage est de 110W soit une puissance de 36,667W répartie par phases.
La Puissance réactive totale de notre montage est de 71Var soit une puissance de 23,66Var répartie par phases.

Couplage Etoile pour la batterie de condensateur :
Les condensateurs sont couplés en étoile donc ils sont soumis à une tension simple (phase et neutre)
La puissance fournie par les condensateurs Qc=-V².C.w=P(tan Fi-tan Fi’)
Avec un nouveau cos Fi=0,93 la puissance réactive que va fournir « le » condensateurs est donc C=-P(tan Fi-Tan Fi’)/(V²w)
C=36,66(0,64-0,4)/(230²*2*pi*50)=0,529µF (valeur théorique)
La puissance fournie par les condensateurs est de:
Qct(C=condensateur t=totale)=3*Qc=3*230²*0,529.10-6*2*pi*50= 26,37Var
La nouvelle puissance réactive est donc Qt=Q-Qct=71-26,37=44,62Var
Le nouveau cos Fi est de 0,93 soit un angle de 21,6°
Pt=110W (inchangé)
Qt=44,62Var
S=118VA
Cos Fi=(P/S)=110/118=0,93 ah…!! on retrouve le nouveau cos Fi

apres-compensation-2

le courant en ligne I1=I2=I3 à diminuer
S=U*I=> I=S/U=118/400√3=0,17A


Après compensation – couplage triangle
Nous allons analyser maintenant mais avec un autre couplage en couplage triangle des condensateurs
La puissance consommée sur une phase est identique sur les 3 phases (montage équilibré)
La Puissance active totale de notre montage est de 110W soit une puissance de 36,667W répartie par phases.
La Puissance réactive totale de notre montage est de 71Var soit une puissance de 23,66Var répartie par phases.

Couplage Triangle pour la batterie de condensateur :
Les condensateurs sont couplés en triangle donc ils sont soumis à une tension composée (entre phase)
La puissance fournie par les condensateurs Qc=-U².C.w=P(tan Fi-tan Fi’)
Avec un nouveau cos Fi=0,93 la puissance réactive que va fournir « le » condensateurs est donc C=-P(tan Fi-Tan Fi’)/(U²w)
C=36,667(0,64-0,4)/(400²*2*pi*50)=0,17507µF interessant en couplage triangle la capacitée des condensateurs est moins importante (valeur théorique)
La puissance fournie par les condensateurs est de:
Qct(C=condensateur t=totale)=3*Qc=3*400²*0,17507.10-6*2*pi*50= 26,39Var (inchangé)
La nouvelle puissance réactive est donc Qt=Q-Qct=71-26,37=44,62Var
Le nouveau cos Fi est de 0,93 soit un angle de 21,6°
Pt=110W (inchangé)
Qt=44,62Var
S=118VA
Cos Fi=(P/S)=110/118=0,93 ah… on retrouve le nouveau cos Fi

apres-compensation-3