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1 COSINUS PHI (site d'Electrotech-City - Walter DI PILLA) SOMMAIRE : INTRODUCTION I - LES FAITS point de vue du distributeur d' nergie point de vue du client II - LE COS Phi : UN PEU DE THEORIE : qui est-il ??? une exp III - QUELQUES VALEURS DE COS Phi : IV - INCONVENIENTS D'UN MAUVAIS COS Phi : V - COMMENT AMELIORER LE COS Phi : INTRODUCTION : Tout syst me lectrique utilisant le courant alternatif met en jeu deux formes d' nergie : l' nergie active et l' nergie r active. Dans les processus industriels utilisant l' nergie lectrique seule l' nergie active est transform e au sein de l'outil de production en nergie m canique, thermique, lumineuse, L'autre, l' nergie r active sert notamment l'alimentation des circuits magn tiques des machines lectriques (moteurs, autotransformateurs, ). Par ailleurs, certains constituants des r seaux lectriques de transport et de distribution (transformateurs, lignes, ) consomment galement dans certains cas d'exploitation de l' nergie r active.

2 I - LES FAITS : 1. Point de vue du distributeur d' nergie : La circulation des puissances active et r active provoque des pertes actives et des chutes de tension dans les conducteurs. Les pertes actives r duisent le rendement global des r seaux et les chutes de tension sont n fastes au maintien d'une bonne tension que doit le distributeur ses clients. Ainsi est-il donc pr f rable sur le plan technique de les produire le plus pr s possible des lieux de consommation. Pour la puissance active, on montre qu'il est plus conomique de la produire d'une mani re centralis e et de la distribuer ensuite aux clients. Le co t du transport est bien moins lev que le surco t d'une production r alis e localement. En revanche, pour la puissance r active, il est conomiquement plus int ressant de la produire, en tout ou partie, localement par des g n rateurs d' nergie r active autonomes comme les condensateurs par exemple.

3 Cette pratique est appel e COMPENSATION. 2. Point de vue du client : Comme pour le distributeur, le transport de la puissance r active sur le r seau int rieur du client entra ne les inconv nients suivants : surcharge ou surdimensionnement des installations (transfo, c bles, ) pertes actives plus importantes dans ces ouvrages augmentation de la facture EDF. Cheminement des puissances ACTIVE et REACTIVE II - LE COS Phi : UN PEU DE THEORIE : 1. Qui est-il : Nous venons de voir que tous les moteurs et tous les appareils fonctionnant en courant alternatif et comprenant un circuit magn tique absorbent deux formes d' nergie : une nergie dite active, qui se manifeste par un travail sur l'arbre d'un moteur par exemple. une nergie dite r active, qui ne sert qu' aimanter le fer du circuit magn tique. A chacune de ces nergies correspond un courant actif (Ia), en phase avec la tension du r seau et un courant r actif (Ir), appel aussi courant magn tisant.

4 Celui-ci tant d phas de 90 en arri re par rapport au courant actif. Les deux courants actif et r actif se composent vectoriellement pour former le courant apparent, d phas d'un angle Phi par rapport au courant actif. Ce courant dit apparent est cependant bien r el, puisque c'est celui qui parcourt les divers conducteurs du circuit, depuis la source jusqu'au r cepteur inclus, et qui provoque entre autre l' chauffement de ces conducteurs, donc les pertes d' nergie par effet joule. Repr sentation des courants par FRESNEL : D'apr s la repr sentation ci contre et sachant qu'en monophas : P = Phi Q = Phi S = Rappel : Sin Phi = Opp/Hyp Cos Phi = Adj/Hyp Tg Phi = Opp/Adj Ia = Phi donc It = Ia/Cos Phi Ir = Phi donc It = Ir/Sin Phi Nous pouvons donc crire : P = Q = S = De cela nous pouvons donc voir qu'il est tr s simple de retranscrire le diagramme des courants donn pr c demment par le diagramme suivant : Du facteur de puissance la puissance r Remarque : Les quations ci contre donneraient les m mes r sultats si nous tions en triphas.

5 LE FACTEUR DE PUISSANCE EST LA PROPORTION DE PUISSANCE ACTIVE DANS LA PUISSANCE APPARENTE. Nous pourrons donc dire, et puisque le facteur de puissance est gal au rapport de la puissance active par la puissance apparente que : le facteur de puissance est gal au COSINUS Phi. le COSINUS Phi = P/S ou Ia/It P < S donc 0 < COSINUS Phi < 1. It sera d'autant plus grand que le COSINUS Phi sera 1. Une exp rience mettant en vidence l'incidence d'une variation de Cos Phi : Consid rons deux appareils lectriques fr quemment employ s, fonctionnant en monophas sous la tension de 220V alternatif : Un four lectrique r sistances Un moteur monophas dont le rendement sera gal 1. Une exp A puissance utile gale nous pouvons voir que : I moteur > I r sistances Smoteur > Sr sistances Ainsi pour une puissance active identique (P=8800W), le moteur appelle sur le r seau une puissance apparente (S = = = 11000VA) sup rieure celle qui est appel e par le four (S = = = 8800VA).

6 Cela est d au fait que pour disposer de 8800W de puissance active (moteur), il faut aimanter le circuit magn tique de ce dernier et donc consommer de l' nergie REACTIVE. Calculons le COSINUS Phi dans chaque cas : r sistances : Cos Phi = P/S = 8800/8800 = 1 moteur : Cos Phi = P/S = 8800/11000 = 0,8 III QUELQUES VALEURS DE COS Phi : APPAREIL Cos Phi Tg Phi OBSERVATIONS Moteurs asynchrones ordinaires charg s : 0% 25% 50% 75% 100% 0,17 0,55 0,73 0,8 0,85 5,8 1,52 0,94 0,75 0,62 Lampes incandescence 1 0 Lampes fluorescence 0,5 1,73 Ces lampes sont g n ralement compens es. Le FP est alors satisfaisant. Lampes fluorescence compens es 0,93 0,39 Fours r sistances 1 0 Sauf si le r glage est assur par gradateur thyristors Fours induction 0,85 0,62 Cette valeur suppose une compensation par condensateurs pr vue par le constructeur.

7 Machines souder r sistances 0,8 0,9 0,75 0,48 Postes statiques monophas s de soudage l'arc 0,5 1,73 Sauf si la compensation t pr vue par le constructeur. Chaudi res thermoplongeurs 1 0 Sauf si la r gulation est assur e par des thyristors fonctionnant angle de phase; les thyristors trains d'onde ne modifiant pas le facteur de puissance. IV - INCONVENIENTS D'UN MAUVAIS COS Phi : Comme nous venons de le voir pr cedement, pour une m me puissance utile fournie par un appareil lectrique, il faut transporter dans tous les circuits lectriques une intensit d'autant plus grande que le Cos Phi est faible, cela entra ne : Une augmentation du montant de la facture EDF.(une consommation excessive d' nergie r active peut galement entra ner une majoration sous forme de p nalit du montant de votre facture EDF : difficult qu'a EDF pr voir la quantit d' nergie produire). Une surcharge ou un surdimensionnement de l'installation.

8 En effet, si le Cos Phi diminue, It (courant r ellement transport ) augmente, or, les facteurs qui limitent la puissance maximale que peut transmettre une ligne sont, d'une part la chute de tension (fonction de I), d'autre part la temp rature maximale admissible par l'isolant : peu pr s 70 pour du PVC (fonction de I ) Ce qu'il faut retenir : Un mauvais COSINUS Phi : accro t les chutes de tension dans les c bles, augmente les pertes par effet joule lors du transport de l' nergie lectrique entra ne une surfacturation EDF par une surconsommation ou une p nalit d grade la capacit de transport de l' nergie lectrique par des c bles entra ne un surdimensionnement des installations neuves : c bles (section), transfo (S), entra ne des renforcements pr matur s des installations existantes Ne laisse pas de r serve de marche au secondaire du transformateur V - COMMENT AMELIORER LE COS Phi : L'am lioration du COSINUS Phi doit passer par l'installation d'un moyen de compensation qui constitue la solution la plus efficace : tr s g n ralement une ou plusieurs batteries de condensateurs (V ritable g n rateur d' nergie r active : I en avance de 90 sur U r seau) Rappel : Q = (Phi) Soit un appareil ou groupe d'appareils appelant une puissance active P (en Kw) et une puissance r active (en KVAR).

9 On souhaite r duire la Tg(Phi) une valeur plus faible Tg(Phi'). Puissance r active des condensateurs installer : Q = (Phi) et Q' = (Phi') La puissance du ou des condensateurs installer sera gale : Qb = P(Tg(Phi) - Tg(Phi')) = Q - Q' Dans l'exemple pr cit : Qb = 30(0,75-0,31) = 13,2 KVAR NOTA : la valeur du Cos Phi ou Tg Phi voluant avec le temps il convient d'utiliser les valeurs moyennes de ces derniers pour l'utilisation de la formule pr c dente "Qb = P (Tg(Phi)-Tg(Phi'))" Calcul de la capacit des condensateurs installer : La quantit d' nergie r active fournie par un condensateur est Qc = U . avec : U = tension aux bornes du condensateur C = capacit du condensateur w = = pulsation du r seau d'alimentation Si nous avons un couplage triangle alors 3 condensateurs : => Quantit d' nergie r active apporter par condensateur : Qb / 3 d'o Qc = Qb / 3 ce qui nous donne : C = (Pabs(Tg(Phi)-Tg(Phi'))/(.))

10 W) Si nous prenons les valeurs de l'exemple pr c dent et que le r seau d'alimentation est de 3 x 400V~ alors C = 87,6 MicroFarad. Si nous avions coupl nos condensateur en toile, nous aurions obtenus une capacit par condensateur de C = 264,9 MicroFarad sous une tension d'alimentation de 230V~. Conclusion : La capacit des condensateurs coupl s en triangle est trois fois plus petite. La tension supporter par les condensateurs lors du couplage toile est dans un rapport de racine de 3. les dimensions de la batterie de condensateurs coupl s en triangle seront plus petites.