La compensation de l'énergie réactive 23/02/2002  Patrick ABATI 
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 L'énergie réactive 
    Les réseaux électriques à courant alternatif fournissent l'énergie apparente qui correspond à la puissance apparente (ou puissance appelée). Cette énergie se décompose en deux formes d'énergie :
- l'énergie active, transformée en énergie mécanique (travail) et en chaleur (pertes),
- l'énergie réactive, utilisée pour créer des champs magnétiques.
    Les consommateurs d'énergie réactive sont les moteurs asynchrones, les transformateurs, les inductances (ballasts de tubes fluorescents) et les convertisseurs statiques (redresseurs).


 Le facteur de puissance 
    C'est le quotient de la puissance active consommée et de la puissance apparente fournie.

 cos

    Le cos  est le facteur de puissance du fondamental et ne prend pas en compte la puissance véhiculée par les harmoniques. Un facteur de puissance proche de 1 indique une faible consommation d'énergie réactive et optimise le fonctionnement d'une installation.


 Les représentations graphiques 

triangle

S


 La tangente 
    Certaines factures d'électricité (abonnés tarif vert) indiquent la valeur de tgj qui correspond à l'énergie réactive que le distributeur doit livrer pour fournir une puissance active donnée.

tg


 L'amélioration du facteur de puissance 
    Cette amélioration présente de nombreux avantages :

    Pour améliorer le facteur de puissance, il faut installer des condensateurs (source d'énergie réactive). Cette opération est appelée " compensation ".
    En préalable à la compensation, il faut éviter le surdimensionnement des moteurs asynchrones et leur marche à vide (le facteur de puissance d'un moteur asynchrone est d'autant plus faible que le moteur fonctionne en deçà de sa puissance nominale).

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 Les différents types de compensation 
    La compensation d'énergie réactive peut se faire :

    La compensation peut être :

    La compensation idéale est celle qui permet de produire l'énergie réactive à l'endroit même où elle est consommée et en quantité ajustée à la demande (compensation locale).


 Calcul de la puissance des condensateurs de compensation 

    Sur une installation de puissance réactive Q, et de puissance apparente S, on installe une batterie de condensateurs de puissance Qc.
    La puissance réactive passe de Q à Q' :  Q' = Q - Qc
    La puissance apparente passe de S à S'.
    La puissance apparente après compensation S' est donc diminuée.

Q

La capacité des condensateurs se calcule par : Qc = 3 . U². C . w

C


 Les harmoniques 
    La présence d'harmoniques se traduit

    Pour neutraliser ces phénomènes, on utilise des selfs anti-harmoniques mises en série et on sur dimensionne les condensateurs en tension.


 La protection des condensateurs 
    La mise en service d'un condensateur équivaut à un court-circuit pendant son temps de charge ou de décharge. Les disjoncteurs de protection sont donc choisis avec déclencheurs à seuil instantané élevé.


 Exemples de matériel 

turbovar

varplus

rectibloc

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Exemple de calcul d'une batterie de condensateurs (d'après sujet de BTS) :
Une usine de traitement de lait a une consommation d'énergie réactive maximale au mois de janvier. La facturation d'énergie réactive ne s'effectue ni pendant les 8 heures creuses, ni les samedis et dimanches. Il y a 22 jours facturés ce mois de janvier.
énergie réactive mesurée énergie active mesurée kvarh consommés kvarh en franchise kvarh à facturer
567 398 kvarh 927 641 kWh 567 398 371 056 196 342

Le nombre d'heures facturées est : 22 * 16 = 352 h
L'énergie réactive facturée pendant cette période est 196 342 kvarh
La puissance réactive de la batterie de condensateurs est : 196 342 / 352 = 558 kvar
On peut choisir 2 batteries de 280 kvar


Exercice :
Une source de tension sinusoïdale 230 v / 50 Hz
fournit une puissance de 100 W et un courant de 1 A
Déterminer les valeurs de R et de L
et l'intensité des courants iL et iR

exo

 

Solution :    solution

 

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