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Cours technique sur la correction du facteur de puissanceM-TEC ENERGY bvbaNijverheidsstraat 26 Industriezone ITTERBEEKB-2570 DUFFEL BelgiumTel: +32 (0)3/490 40 90 - Fax: +32 (0)3/490 40 99e-mail : puissance active, r active et apparente Le facteur de puissance Les inconv nients d un mauvais facteur de puissance La compensation du facteur de puissance Types de compensations Dimmensionnement de batteries de condensateurs automatiques Compensation dans des r seaux comportant des harmoniques Infl uance des condensateurs sur des r seaux comportant des harmoniques Batteries de condensateurs avec ou sans selfs-s ries Batteries de condensateurs avec selfs- s ries en pratique- 1 -1. IntroductionLors de la distribution et de l utilisation de l nergie lectrique, on ne consacre g n ralement pas l attention n cessaire l l ment complexe qu est la batterie de condensateurs.

Cours technique sur la correction du facteur de puissance M-TEC ENERGY bvba Nijverheidsstraat 26 Industriezone ITTERBEEK B-2570 DUFFEL Belgium

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1 Cours technique sur la correction du facteur de puissanceM-TEC ENERGY bvbaNijverheidsstraat 26 Industriezone ITTERBEEKB-2570 DUFFEL BelgiumTel: +32 (0)3/490 40 90 - Fax: +32 (0)3/490 40 99e-mail : puissance active, r active et apparente Le facteur de puissance Les inconv nients d un mauvais facteur de puissance La compensation du facteur de puissance Types de compensations Dimmensionnement de batteries de condensateurs automatiques Compensation dans des r seaux comportant des harmoniques Infl uance des condensateurs sur des r seaux comportant des harmoniques Batteries de condensateurs avec ou sans selfs-s ries Batteries de condensateurs avec selfs- s ries en pratique- 1 -1. IntroductionLors de la distribution et de l utilisation de l nergie lectrique, on ne consacre g n ralement pas l attention n cessaire l l ment complexe qu est la batterie de condensateurs.

2 A premi re vue cet l ment est tr s simple, cependant l implantation dans une installation lectrique n est pas n de faire circuler l nergie aussi conomiquement que possible, ainsi que d assurer son transport avec les r serves n cessaires, il importe que la batterie de condensateurs soit consid r e avec probl matique croissante des r seaux ne simplifi e certainement pas la s lection du objectif de ces notes est de vous transmettre le jargon de la profession, de vous pr senter les applications inh rentes chaque produit afi n de rationaliser le choix d une batterie de puissance activeLorsqu un r seau est uniquement charg par un circuit r sistif, le courant (I) dans ce consommateur est en phase avec la tension (U). En d autres mots le courant et la tension s annulent au m me instant. Du produit des valeurs instantan es I et U, nous obtenons la puissance utile (P).

3 Sur la (Fig. 1) nous constatons que cette puissance est toujours positive et que sa fr quence est le double de celle du r seau. Fig. 1 : Tension, courant et puissance en cas de circuit r sistif. ( = 0) (cos = 1)Un four lectrique, un radiateur, une lampe incandescence, .. constituent des r sistances. Ces r cepteurs lectriques fournissent de l nergie disponible sous diverses formes (ex : thermique, m canique, lumineuse). Une r sistance absorbe une puissance active (Watt {W}) d termin e par le produit de la tension et du courant. P = 3 . U . I (W) (V) (A) ( 3 car on travaille en triphas )3. La puissance r activeUn tel circuit r sistif se rencontre peu en pratique. Les moteurs, transformateurs et autres appareils fonctionnent sur l effet des champs lectromagn tiques, pr l vent en plus de l nergie n cessaire leur travail effectif ou utile, une nergie pour l tablissement des champs magn tiques.

4 Cette nergie dite r active correspond une puissance en quadrature avec la puissance active. Cette fois-ci, la puissance ( ) est n gative certains moments (Fig. 2).PIUIU180 360 540 720 w tP- 2 - Fig. 2: Tension, courant et puissance en cas de circuit r sistif et selfi que. La puissance active s exprime de la fa on suivante : P = 3 . U . I . cos (W) (V) (A) puissance active= puissance r elleLa puissance r active s exprime de la fa on suivante Q = 3 . U . I . sin (VAr) (V) (A) puissance apparente= puissance oscillant entre le generateur et la charge pour la cr ation du champ magn les courbes de tension et de courant sont d phas es de 90 , la courbe de puissance est pour la moiti positive et pour l autre n gative.

5 La puissance active est donc nulle, car les deux parties s quilibrent. La puissance r active est distingue les puissances r actives inductive et capacitive : puissance r active-inductive Le courant est en retard par rapport la tension. Une puissance r active est pr lev e. Application : - Moteurs asynchrones - Transformateurs - Ligne lectrique a rienne - Machines synchrones sous-dimensionn esPuissance r active capacitive Le courant est en avance par rapport la tension. Une puissance r active est fournie. Application : - Condensateurs - C bles - Ligne haute-tension non charg e - Machines synchrones sur-dimensionn es4. La puissance apparenteLa puissance apparente d termine la charge du r seau ainsi que celle des c bles d alimentation.

6 Les transformateurs, g n rateurs, appareils de man uvre, fusibles et c bles doivent tre dimensionn s pour la puissance apparente. S = 3 . U . I (VA) (V) (A) puissance apparente = Multiplication de la tension du courant effi cace sans tenir compte du d phasage PIUIU180 360 540 720 w tP- 3 - Fig. 3: Graphique des peut galement exprimer la puissance apparente en fonction des puissances actives et r actives: S = (P + Q ) (VA) (W) (VAr)5. Le facteur de puissanceOn d signe l angle entre la puissance active et apparente par la lettre phi ( ). Le cos est donc le rapport entre la puissance active et de puissance PF = P/S (= cos ) (en l absence de charges non lin aires) (W) (VA) En cas de pr sence d harmoniques ou de charges non-lin aires, il y a une diff rence entre le cos phi et le facteur de puissance .

7 Le cos phi est en relation avec le d phasage entre tension et courant 50 Hz, alors que le facteur de puissance est en rapport avec la puissance active et r active, toutes fr quences consid r es. Lors de la d termination de la puissance d une batterie de condensateurs, on travaille la plupart du temps sur base du cos phi. Dans la pratique, on fait peu de diff rence car l cart est Les inconv nients d un mauvais facteur de puissance La charge du r seau:Plus l installation consomme de l nergie r active, plus le cos phi est faible, autrement dit plus il est mauvais. Pour une m me puissance consomm e, plus le cos phi sera faible, plus la puissance apparente sera lev e, donc plus le courant absorb sera grand. Avec un cos phi de 0,5 le courant appel est le double du courant une m me puissance , il faut donc transporter dans tous les circuits lectriques une intensit d autant plus grande que le cos phi est On peut galement travailler avec le concept tg phi.

8 A partir du graphique des puissances, on obtient : Tg = Q / P (VAr) (W) PSQU mauvais. Cela entra ne une surcharge des c bles, des g n rateurs, des appareillages de commutation et des transformateurs de distribution ainsi qu une augmentation des pertes (fonction du carr du courant) dans ceux-ci. Et cela aussi bien dans l installation int rieure qu entre la centrale et l arriv e au poste de s compensation (par le placement de condensateurs) la puissance r active pr lev e sur le r seau est plus faible. Une partie de la puissance r active fait la navette entre les condensateurs et la charge et ne constitue donc plus une charge pour le r seau. Le transformateur, les c bles et les dispositifs de commutation entre les batteries de condensateurs et les points d alimentation sont pour une part d lest 4: Equilibre des 4 - Fig.

9 5: Evolution du courant en fonction du cos phi puissance active t de l nergie active:Les fournisseurs d nergie doivent non seulement g n rer dans la machine de production l nergie r active, mais en plus dans les lignes et transformateurs haute tension. Ceci conduit surdimension des machines de production ou l installation des batteries de condensateurs haute tension. C est pourquoi les soci t s de distribution font payer les consommations d autant plus cher que le cos phi est mauvais. Fig. 6 : Evolution du prix du kWh en fonction du cos ces diff rentes raisons, il y a donc lieu de r duire le plus possible la consommation d nergie r active, c est dire d avoir le facteur de puissance le plus lev possible. Suivant la tarifi cation appliqu e par le fournisseur d lectricit , le facteur de puissance mensuel moyen minimum doit tre de 0,9 ou 0,95 pour viter la facturation de la majoration pour consommation r active.

10 Si le r seau est rendu capacitif par exc s de compensation (cos phi sup rieur 1,00), une majoration est de nouveau factur la pratique lorsque la consommation en nergie r active (inductive + capacitive) est inf rieure ou gale 48,4% de la consommation en nergie active (cos phi 0,9), la consommation r active n est pas compt e. Si la consommation r active est sup rieure 48,4% de la consommation active, la surconsommation est comptabilis e et reprise dans les frais de distributions sur la facture 5 - Qc = Q1 - Q2 Qc = P . ( tg 1 - tg 2 ) (VAr) (W) Exemple:Sur site, on mesure aux bornes d un transformateur d alimentation un courant de 1200 A sous une tension de 394 V. Il n y a pas de conden-sateurs de compensation du cos phi et on mesure cos phi = 0,78. Que deviennent les puissances et le courant d bit si on ram ne le cos phi 0,92 par l installation de condensateurs ?


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