Concepts gnraux sur la compensation d'nergie ractive et des rseaux lectriques 2Q Pourquoi compenser lnergie ractive ?3QQuest ce que les harmoniques ?4 QInfluence des harmoniques sur les armoires de rephasage 6QEffets de rsonance 7QEstimation de la rsonance parallle 8QQuest ce que la puissance dformante ?10Technologie des armoires de compensation d'nergie ractive11QLa technologie des condensateurs de scurit12QQuel type de compensation choisir 13QO compenser ?14QLe rgulateur varmtrique15QRaccordement du rgulateur varmtrique16QComment brancher son transformateur de courant ?17Dfinir son armoire de compensation d'nergie ractive18Q3 tapes pour dfinir son armoire de compensation19QDfinition du facteur K20QDfinition de l'armoire partir de mesures relles des harmoniques21QCompensation pour les installations en Tarif Jaune23QLire un feuillet de gestion Tarif Jaune25QLire un feuillet de gestion TarifVert26QLire une facture mensuelle TarifVert27Applications spcifiques de la compensation d'nergie ractive28QCompensation des moteurs asynchrones et transformateurs29Compensation et attnuation des harmoniques32QFiltres et technologie33QLieu dinstallation34QLa gamme Enerdis36SOMMAIRE2Concepts gnraux sur la compensation d'nergie ractive et des rseaux lectriques3POURQUOI COMPENSER LNERGIE RACTIVE ?De nombreux rcepteurs consomment de lnergie ractive pour crer les champs lectromagn-tiques (moteurs, transformateurs, ballasts de tubes fluorescents, etc.).Compenser lnergie ractive, cest fournir cette nergie la place du rseau de distribution par linstallation dune batterie de condensateurs, source dnergie ractive de puissance Qc.Les avantages sont multiples :Q conomie sur le dimensionnement des quipements lectriques car la puissance appele diminueQ augmentation de la puissance active disponible au secondaire des transformateursQ diminution des chutes de tension et des pertes en lignes Q conomie sur la facture dlectricit, en supprimant la consommation excessive dnergie ractiveQ retour sur investissement moyen de 18 moisP= Puissance activeQ = Puissance ractive sans compensation dnergie ractiveS1= Puissance apparente avant compensation dnergie ractive1 = Dphasage sans compensationQ2 = Puissance ractive avec compensation dnergie ractiveS2= Puissance apparente aprs compensation dnergie ractive2 = Dphasage avec compensationExempleAvantUne installation avec :> un transformateur de 630 kVA> une puissance active de 500 kW> un cos de 0,75Aprs> un raccordement dune batterie de 275 kVArOn obtient :>une diminution de la puissance apparente auprs du distributeur dnergie de 21 %>uneaugmentationdelapuissancedisponibledutransformateur de 16 % sur la puissance assigne>une rduction des pertes Joules de 38 % dans les cbles.> une rduction des chutes de tension de 2,6 %Pourcesraisons,ilestncessairedeproduiredelnergieractiveauplusprspossibledescharges,pour viter quelle ne soit appele sur le rseau. Nous utilisons des condensateurs pour fournir lnergie ractive aux rcepteurs inductifs et pour relever le facteur de dplacement (cos ).En brefLa fourniture d'nergie ractive par le fournisseur surcharge les lignes et les transformateurs. En France, il existe deux tarifs pour lesquels nous pouvons installer un quipement de compensation dnergie ractive :QLe Tarif Jaune (S comprise entre 36 et 252 kVA) : lnergie ractive nest pas facture cependant une forte consommation de cette nergie par les machines provoque un mauvais cos , donc une mauvaise puissance apparente qui peut amener un dpassement de la puissance souscrite.QLe Tarif Vert (S > 252 kVA) : EDF facture lnergie ractive excessive, du 1er Novembre au 31 mars (pendant les heures de pleines et heures de pointes, dimanches exclus) au-del des seuils suivants :> tan > 0,40 soit cos < 0,928 au primaire du transformateur> tan > 0,31 soit cos < 0,955 au secondaire du transformateurBilan des PuissancesQc = Q1 - Q2Qc = P (Tg1 - Tg2)= P x K4QUEST-CE QUE LES HARMONIQUES ?Les charges non linaires (redresseurs, variateurs de vitesse, fours arc, inverseurs, onduleurs, etc.) injectent sur le rseau des courants de forme non sinusodale. Ces courants sont forms par une composante fondamentale de frquence 50 Hz, plus une srie de courants superposs, de frquences multiples de la fondamentale que lon appelleharmoniques(etventuellementunecomposantecontinue).Cettedcompositionestconnuesousle nom de Srie de Fourier.Le rsultat est une dformation de la forme d'onde tension et courant qui conduit une srie deffets secondaires associs.Pour la mesure des harmoniques, il est essentiel de connatre une srie de paramtres pour lesquels nous donnons quelques dfinitions.-3-2-1012345670 100 200 300 400 500 600 700Signal priodique -4-3-2-1012340 100 200 300 400 500 600 700Composante continueFondamentalHarmonique de rang 5Harmonique de rang 9 Dcomposition enSrie de Fourier : Somme de tous les signaux harmoniques de rang 2 (50 Hz x 2) au dernier rang (50 Hz x n) 5Les principaux gnrateurs dharmoniques de rang 3 sont les redresseurs monophass diodes avec filtrage capacitif. Les charges triphases, quilibres, symtriques, non linaires, sans raccordement au neutre ne gnrent pas dharmoniques de rang 3, ni dharmoniques de rangs multiples de 3. Les charges triphases, quilibres, symtriques, non linaires, avec raccordement au neutre gnrent dans ce conducteur, des courants harmoniques de rang 3 et des courants harmoniques de rangs multiples de 3. La valeur efficace du courant de neutre peut tre suprieure celle du courant de phase. Pour y remdier, il faut choisir une section de conducteur de neutre gale 2 fois la section dun conducteur de phase. Dautres solutions sont possibles comme lutilisation de ractances couplage zig-zag ou des filtres accords sur le rang 3. Taux de distorsion harmoniqueLe signal sinusodal tant dform, il est ncessaire de quantifier cette dformation en faisant appel aux formules ci-dessous :Les rseaux lectriques tant en 50 Hz, nous prendrons cette frquence comme fondamentale (f1).Rang dharmonique (n)Les harmoniques sont des composantes dont la frquence (fn) est un multiple de la frquence fondamentale (f1 = 50 Hz).Ces harmoniques provoquent une distorsion de londe sinusodale. Le tableau suivant recense les harmoniques les plus courantes dans les rseaux lectriques o les charges sont non-linaires.fn = n x f1Type de charge Forme donde du courantSpectre harmonique en courant pour une charge non linaireConvertisseur triphas :> variateurs de vitesse> Alimentation Sans Interruption (ASI)> redresseursConvertisseur monophas :> variateurs de vitesse> lampes dcharge (le signal est diffrent mais spectre riche)> onduleurs10 1234567891011121314 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 1234567891011121314 20 30 40 50 60 70 80 90 100 THD Global THD IndividuelA1 = Valeur efficace du fondamentalAn = Valeur efficace du rangharmonique nLes valeurs efficaces Ax peuvent tre des tensions ou des courantsExempleFondamentalrang 5rang 7rang 11rang 13THD (%)I 327 A224 A159 A33,17 A9A84,66 %U440 V20 V17 V6 V2 V6,75 %6INFLUENCE DES HARMONIQUES SUR LES ARMOIRES DE REPHASAGECettecourbemontrequelimpdanceduncondensateurdcrotaveclafrquence.Cecientrane une augmentation de lintensit absorbe par les condensateurs et donc provoque des chauffements qui acclrent le vieillissement des condensateurs et peuvent, dans certains cas, conduire sa destruction.ENERDIS propose des condensateurs qui peuvent supporter :Qune surtension de 1,1 Un (dure max pour 8h toutes les 24h) 50 HzUn = 400 V (condensateurs standard)Un = 440 V ou 500 V (condensateurs renforcs)Q une surintensit permanente 50 Hz de 1,3 In Ces condensateurs rpondent aux normes CEI 831 et NFC C54-104 (domaine BT).Influence du THD-I sur le rapport FP/cos Influence des harmoniques sur les armoires de rephasageLa superposition des harmoniques au signal fondamental provoque :Qun vieillissement prmatur voire la destruction des condensateursQ un phnomne de rsonance parallle ou srieQ des chauffements de machines (moteurs, transformateurs)Qun dclenchement intempestif des lments de protectionQune perturbation des appareillages lectriques (organe de rgulation, informatique)Qune diminution du facteur de puissance (FP)Principaux phnomnes rencontrs et les solutions ENERDIS associes Effets terme sur les condensateurs0 20 %1,210,80,60,40,240 % 60 %THDI (%)PF / cos 80 % 100 % 120 % 140 % 160 %Variation de selonavec7Lamplificationsobserveautraversdelacourberepr-sentativedesimpdancesdusystmeenfonctiondela frquence. On y voit la valeur amplifie compare la valeur initiale du rseau sans condensateurs.A la rsonance fo toute lintensit Io de rang n gnre par le circuit perturbateur, passe dans la rsistance R, signifiant ainsi que la quasi totalit de cette intensit est absorbe par les charges consommant de la puissance active. La consquence directe de cette rsonance est laugmentation des tensions harmoniques, donc du THD-U.Linstallationdebatteriesdecondensateursdansuneinstallationlectriquepeutconduirelamplificationdes harmoniques existants. On entend par amplification, laugmentation des taux de distorsion harmonique en tension comme en courant. Cette amplification est due une rsonance lectrique entre la capacit de la batterie et les inductances de lignes et de source. Pourcomprendrecephnomne,nousallonstudieruneinstallationtype.Leschmaunifilaireci-dessous, modlisparuncircuitlectriquequivalent,permetdtudierleffetdelamplificationsur3typesde rcepteurs : gnrateurs dharmoniques, rcepteurs non gnrateurs de perturbation sur le rseau lectrique et batteries de condensateurs. EFFETS DE RSONANCESchma triphas unifilaire.Schma quivalent dun modle mono-phascomportantungnrateur decourantharmoniquemodlisant lquipementlectroniquedepuis-sance.Schmasousformeduncircuit parallle(bouchon)avecuneseule inductancequivalentetoutesles inductances du circuit.Nous pouvons dterminer limpdance quivalente de ce rseau, vu du TGBT par :8ESTIMATION DE LA RSONANCE PARALLLELinductance de cette self anti-harmonique (L) doit tre calcule de faon ce que la frquence de rsonance ne correspondeaucundesharmoniquesprsentsdanslinstallation.Ceciapouravantagedesupprimerles risques de forts courants harmoniques dans les condensateurs (augmentation de l'impdendance du condensateur vis--vis des courants harmoniques).Lechoixdelafrquenceanti-rsonance(far)dpenddelimpdancedecourt-circuitdurseau(Lcc)etdu circuit L-C. Alors que la frquence srie (fr) ne dpend que du L et de C.QFrquence rsonance parallleappele anti-rsonance QFrquence rsonancesrie pour la banche LCLa possible rsonance du systme dpend :QDe la frquence du rang harmonique (fn) auquel rsonne le systme Scc : puissance de court-circuit du transformateurQc : puissance ractive de la batterie de condensateursfn : frquence du rang harmonique n auquel rsonne le systmef1 : frquence fondamentale (50 Hz)Plus la puissance de court-circuit (Scc) est leve, plus la frquence s'loigne des frquences harmoniques dangereuses.QDe lexistence dharmoniques la frquence de rsonanceQDe la position des autres charges sur le rseau (puissance active consomme)Si les 2 premiers critres sont vrifis, il est possible de calculer le facteur damplification Fa des courants harmoniques.Scc : puissance de court-circuit du transformateurQc : puissance ractive de la batterie de condensateursP : puissance active des charges non gnratrice dharmoniquesLaugmentation des charges non polluantes permet dattnuer le facteur damplification des courants harmoniques. Solutions ENERDISLes courants harmoniques du rang de rsonance peuvent tre intenses sur le rseau et prsenter un risque pour les condensateurs. ENERDIS propose des solutions adaptes en fonction du degr de pollution :QCondensateurs de type Standard 400 V et de type renforc (440 V ou 500 V) recommands pour des rseaux peu ou moyennement pollusQCondensateurs avec self anti-harmoniques recommands pour des rseaux pollusProtection des condensateurs par self anti-harmoniquesDans le cas de surcharges importantes dharmoniques sur le rseau lectrique, ENERDIS associe aux condensateurs CYLINDRIQUE des selfs anti-harmoniques pour les protger. Dansleparagrapheprcdent,nousavonsvuquelaprsencedlmentscapacitifsetinductifssurlerseau lectrique gnre des rsonances. Nous avons donc le schma quivalent suivant :9La courbe qui suit reprsente la variation de limpdance en fonction de la frquence, vue du jeu de barres.Lensemble self anti-harmonique et condensateurs pour une frquence infrieure fr se comporte comme une capacit et permet la compensation dnergie ractive.Lensemble self anti-harmonique et condensateurs pour une frquence suprieure fr se comporte comme une inductance et permet dviter lamplification des harmoniques.Le choix de la frquence srie (fr) se situera en dessous du premier rang dharmonique prsent dans le cir-cuit. Cette solution permet de placer la rsonance en dehors du domaine de spectre des courants harmoniques. ENERDIS a choisit la frquence daccord fr = 210 Hz (rang 4,03).ImportantEviter le montage dune armoire SAH avec une armoire standard ou de type H en parallle. Ce montage provoque une rsonance parallle qui amplifie les harmoniques existants dans les armoires sans SAH et dans le rseau lectrique.Exemple de calculTransformateur (S) = 630 'V/ Ucc = 6 P = 500 '\ Qc = 275 kVArLa puissance de court-circuit est : Donc la frquence de rsonance sera :Le systme va rsoner au rang 6,18L'amplification des harmoniques est la suivante :10QUEST CE QUE LA PUISSANCE DFORMANTE ?Lorsdelamesuredesgrandeurslectriques,ilpeutarriverdemesurerunepuissanceractiveavecousans harmonique. Or, cette mesure influe sur le facteur de puissance. Il ne faut pas oublier quen rgime alternatif non-sinusodal, il y a une diffrence entre le facteur de puissance (FP) et le facteur de dplacement ou cos (DPF). Il est important, en prsence dharmoniques, de ne pas confondre ces deux termes qui ne sont pas gaux lorsque la tension et le courant ne sont pas sinusodaux.Nous pouvons quantifier la puissance gnre par les harmoniques. Cette puissance est plus connue sous le nom dePuissanceDformante,noteDetelleestlieauxampresdformant.Sonunitestle Volt-Ampre dformant(VAd).Cettepuissanceauneconsquenceimmdiatesurlaformedondeetletauxdedistorsion harmoniqueencourant.Lquipementdecompensationd'nergieractiveneseradaucuneutilit,puisquece derniernagituniquementquesurlefacteurdedplacement.Corrigerunepuissanceractivegnreparles harmoniquesdeviendraplusdangereuxpourlquipementdecompensationdnergieractive.Eneffet,les harmoniquesdplacerontlepointdecommutationetlquipementnecompenserapasaumomentvouluet sera davantage sollicit. Pour enrayer les harmoniques courants (donc les ampres dformant), il faudra installer un quipement de filtrage qui permet soit dans le cas passif, de court-circuiter certains rang ou dans le cas actif, dinjecter un courant, en opposition de phase, pour liminer les harmoniques vues sur le rseau. Linstallation de ces quipements de filtrage ncessite une expertise de votre site afin de dimensionner le filtre en fonction des ampres dformant.Pourlesfiltrespassifs,lesinductancesdiffrenttotalementdesinductancesanti-harmoniques montes dans les armoires de compensation dnergie ractive qui ne sont pas en accord sur un desrangsdharmoniquesetdontlerleestdeprotgerlarmoiredecompensationcontreles surcharges harmoniques.cos = 1 FP = 1 cos = 1 FP < 1 cos = FP < 1 cos < 1 FP < cos UIUIUIUIPSDQS1Mathmatiquement, la relation est la suivante : Q = puissance ractive sans harmonique Ce qui peut se reprsenter de cette manire (voir schma ci-contre). avec11Technologie des armoires de compensation d'nergie ractive12LA TECHNOLOGIE DES CONDENSATEURS DE SCURITLe principe de fabrication |oscooooosatoos||||||Ssootcoost|tosooo|oots|ootscapac|t|scooooctsoot|aog|oooooto||oso|oo|atoos|ooass|goo.Dure de vie des condensateurs|oscooooosatoos||||||S,oopat|ootoc|oo|og|o,oootooooco||ootoooooov|o.|oca|co|oo|aooooov|oooscooooosatoosso|tooooossa|oov|o||||ssooototoooootapo|at|oooosso|tats.|aoooC||6+0+`sotooooco.|at|oooooca|co|ost|aso|vaoto.|otostoov|o||||ssoootcoos|stosoootto|ocooooosatoopoooaotooop|oooootops,oootoos|oooossa|sop|ooo|atoos|oooo|oa|o,otavoc|atopatooa|a|oootava||.|aooo||C6083+pc|soooo|oscooooosatoosoo|vootpoovo|ooct|oooopoooaot+500|ooos,avocoootoos|oooo25sop|ooo|atoos|oooo|oa|o,saosappa|t|oooocoot-c|co|totavocooopotooocapac|t|o|ooo5.|aoop|o,poooocooooosatoooo+00V,|otostsoa|tavocoootoos|oooossa|oo500V./vocooopotooo5oo|acapac|t,oopootooo|oooo|aooooov|oostost|o+0aos.S||ocooooosatooooct|ooooo|osoo+8|ooospa,oo,cottoooooov|opoottosop|ooo.Cemodedecalculimpliqueunrseaudanslequellatensiondetravailestconstanteetune temprature de travail admissible par le condensateur selon sa norme de fabrication.|aos|ocascoota|o|aooooov|oost|ooo.|oootcota|osoocospaaotossooto||c||ooota|t|-sab|os oaos |o tops. ooa||t oo |a ooo|too ooog|o, vo|ot|oos oos sstoos oo o|st|bot|oo ooog|o oosot|||satoosotoostopatoos||oscosvo|ot|oos.||ostocoaoooooctoooocoot|ooobooooct|oo-oooottoos|osaos.Technologieavoc. | . ooo oo v|o ost|o oo |ooos |Tost.ooboo|ooosoossa| |Tost.toos|oooossa|ooVo|t |o.toos|oooo|oa|oooVo|t| . co coo|c|oot opooo oo |a ab|cat|oooocooooosatooNiveaux deprotection13Compensation fixeUtilise lorsque :Q la puissance ractive compenser est constante quelque soit la consommation dnergie ractive de linstallationQ lnergie ractive compenser est de faible puissanceQ il existe sur linstallation des charges importantes qui doivent tre compenses individuellement afin de rduire lnergie transporte par linstallation.Ce type de compensation est gnralement utilis aux bornes des moteurs asynchrones et des transformateurs.Compensation automatiqueUtiliselorsquelapuissanceractivedoitsadapterauxbesoinsdelaconsommationdnergieractivede linstallation. La batterie de compensation est alors divise en plusieurs gradins de puissance contrls par un rgulateur varmtrique. En fonction de la vitesse de variation des puissances de linstallation, il est ncessaire davoir un quipement qui a un temps de rponse de connexion dun gradin plus ou moins rapide.Si la variation de puissance ractive de l'installation se situe sous la seconde (ascenseurs, postes soudure, etc.), l'quipement de relvement du facteur de dplacement sera muni de contacteurs "rapides" dits statiques. Dans ce cas, la connexion des gradins se fera l'aide de thyristors de puissance (commutation lectronique). Ce type decontacteuroffredenombreuxavantagescommelasuppressiondutransitoireaudmarrageetunnombre illimit de manuvre.Si la variation de puissance ractive de l'installation est de l'ordre de la seconde, l'quipement de relvement du facteur de dplacement sera quip de contacteurs de puissance (commutation lectromcanique).QUEL TYPE DE COMPENSATION CHOISIR ?14Lelieudinstallationdunquipement decompensationdnergieractive dpend de deux critres :La taille de linstallation :Q installation avec un tableau gnral de distribution (TGBT) et une dis-tance vers les tableaux secondaires relativement faible,Q installationdiviselectriquement enzonesdiffrentes,avecune distanceimportanteentreelles, cestdireavecunedistribution internednergieetdestableaux secondaires de taille importante.Lexistencedefortescharges consommatrices dnergie.Danscecas,ilconvientdefaireune tudedecompensationdnergieou de filtrage dharmoniques au niveau de chaque charge.Enfonctiondecescritres,onpeut rsumerparleschmaci-contreles diffrents lieux possibles de raccorde-ment et ses avantages.AVANTAGESCOMMENTAIRES> suppression de la facturationdnergie ractive> augmentation de la puissancedisponible au secondaire dutransformateur> solution trs conomiquecar une seule batterie decompensation installe>pas de rduction de pertesen lignes (chutes de tension)>pas dconomies surle dimensionnementdes quipements lectriques> suppression de la facturationdnergie ractive> augmentation de la puissancedisponible au secondaire dutransformateur si lon installetous les niveaux secondairesde batteries de compensationdnergie ractive> solution conomique>solution parfaitement adaptepour des rseaux dusinetrs tendus> suppression de la facturationdnergie ractive> pas de chutes de tension> conomies sur le dimensionnement des quipements lectriques> compensation dnergie ractive au plus prs des appareils consommants du ractif> solution onreuseTGBT Tableaux secondaires ChargesO COMPENSER ?Les diffrents lieuxpossibles deraccordement.TGBTTableauxsecondairesCharges15LE RGULATEUR VARMETRIQUELesrgulateursdnergieractive+(6ou12)commandentautomatiquementlaconnexionetla dconnexion des condensateurs en fonction du cos du rseau.Loprationlogiqueestoptimisepourminimiserletempsetlenombredecyclesainsiquelescondensateurs actifs. Ainsi cela garantit une utilisation gale et prenne des capacits.Ecran LCD-alphanumrique rtro-clair pour la visualisation des mesures, tats des condensateurs actifs, alarmes. Les mesures disponibles sont les tensions et courants, puissance actives et ractives, THD tension et courant, la temprature interne, le nombre doprations et heure de fonctionnement de chaque condensateur. Opration Manuel/AutomatiqueAlarme pour : surcharge tension harmonique, surcharge courant harmonique, sur-temprature, souscompensa-tion, dpassement tension crte, dpassement tension efficace (RMS), dconnexion immdiate lors de chute de tension > 10ms et < 50% UnTemps de dconnexion entre deux connexions programmable de 5 300 s.Communication RS-485, TC additionnel pour la mesure du courant dans larmoire et de la distorsion harmonique. Cette mesure permet davoir un contrle plus fin de la puissance ractive et dactiver une alarmeQMinimisationdunombredemanuvresdemisesoustensiondesgradinsparlerglagedutemps de connexionQAugmentation de la dure de vie des composants qui constituent le gradin (organe de commutation compris)QAugmentation du temps de rponse de larmoire de rephasageQ Vieillissement uniforme de lquipementLeprogrammegardeenmmoireletempsdeconnexiondechaquegradin.Lorsdunevariationducos, ildonnelordredeconnexionaugradinleplusanciennementconnect. Ainsi,leMTBF(Mean TimeBetween Failures) est donc gal pour tous les gradins de lquipement.ExempleManuvres ncessaires pour une demande de 100 % en partant de zro dans un quipement rgl sur 6 pas.SYSTME CLASSIQUENombre total de manuvres = 16Pas122222xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx1234567891011SYSTME OPTIMISPas 122222xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx123456Nombre total de manuvres = 6Touslesrgulateurssontmunisdalarmesquisaffichentsurlcran.Lergulateur+disposedune fonction RUNTIME qui donne la possibilit de changer les paramtres du rgulateur tout en ayant larmoire de rephasage en fonctionnement.16RACCORDEMENT DU RGULATEUR VARMETRIQUELe type de passage et lintensit du courant au primaireLe choix se fait en fonction des types de cbles ou de barres de l'installation et de l'intensit des courants qui les traversent :PRIMAIRE BOBIN pour les courants infrieurs 60 APASSAGE DE CBLEpour les courants compris entre 40 et 2500 APASSAGE DE BARREpour les courants de 750 5000 ATORE OUVRANTpour une incorporation facile dans une installation existante, sur barre ou cbleLacommandedesorganesdecommutation(lectromcaniqueoulectronique)estpr-cbleparENERDIS. Seule lalimentation des circuits reste cbler par linstallateur :QAlimentation du circuit des contacteurs en 230 Vac (selon le type de batterie)QBranchement du transformateur de courant sur la phase 1Lensemblepermetaurgulateurdecalculerlecos.Letransformateurdintensitserainstallunpointdu branchement sur lequel circule toute lintensit de linstallation, y compris lintensit propre des condensateurs.Pour la mise en marche, il faut installer un transformateur dintensit (normalement In/5 A) conformment lintensit totale des rcepteurs installs. La ligne du secondaire du transformateur dintensit sera de la section approprie, en fonction de la distance entre celui-ci et le rgulateur.CORRECT INCORRECTQLetransformateurdintensit doitsetrouverncessairement avantlabatterieetlesrcepteurs (moteurs, etc.).QAucuncondensateurnesera connectcarletransformateur dintensitnefournitaucuntype de signal.QVrifierqueleT.C.nestpas court-circuitouinstallhors des charges.QTouslescondensateursdela batteriesontconnects,mais ilsnesedconnectentpasen diminuantlacharge.Risquede surcompenserlerseausans quil y ait de charge.17Avantages des armoires ENERDISNonseulementlexcsdnergieractiveetlapollutionharmoniqueontuncotfinancierimportant,mais provoquentgalementdeschauffements,desperturbationssonoresetdemauvaisfonctionnementdes protections.La correction du facteur de dplacement pour compenser lnergie ractive ainsi que le filtrage des harmoniques sont un excellent investissement en terme de rduction des cots de lnergie, avec une dure damortissement ne dpassant pas les trois ans.La classe de prcisionLa classe de prcision rsulte des erreurs de mesure de chaquelmentdelachane.Laclassedeprcision d'un TCdoittreinfrieureougalecellede l'instrument de mesure qu'il alimente, notamment pourlecomptaged'nergie,olaprcisionintervient directement sur la facturation.Ilfauttoujoursbienrespecterlesensdemontagedu transformateur,etparticuliremententriphas,afinde nepasinverserledphasageentrelecourantetla tension sur une ou plusieurs phases.COMMENT BRANCHER SON TC ?P2/L :ct utilisationS1SecondaireP1/K : ct sourcePrimaireS2Exemples de raccordement15kV315kVA15/0,4kV400/5350ACharge15kV500kVA15/0,4kV500kVA15/0,4kV(5+5)/5800/5 800/51100ACharge Load15kV50/51000kVATP 15kV/400V1100ACharge400V300/5250ACharge18Dfinirson armoire de compensation d'nergie ractive193 TAPES POUR DFINIR SON ARMOIRE DE COMPENSATION2 / Compensation fixe ou automatiqueEn basse tension, la compensation de lnergie ractive seffectue au choix avec deux systmes dquipements :Q systme compensation fixe utilisant des condensateurs de valeur fixe dlivrant une puissance ractive constante.Qsystmecompensationautomatiquemettantenjeuunebatteriedecondensateursdiviseengradinset commande par un rgulateur. Ce dernier adapte la puissance ractive fournie aux besoins de linstallation en fonction du cos .Qc :puissance ractive de lquipement de compensation, en kVAr.Sn : puissance apparente du transformateur de linstallation,en kVA.1 / Calcul de la puissance QcLa puissance ractive Qc , ncessaire la compensation, se calcule partir de la puissance active mesure P et de la tan mesure de linstallation. Les mesures sont releves en aval du transformateur. Le tableau ci-aprs donne le facteur K appliquer lapuissance active P de linstallation pour trouver la puissanceractive Qc de la batterie de condensateurs installer. Il donne galement la correspondance tan et cos .Qc / Sn compensation fixe Qc / Sn 15 % > compensation automatiqueLes courants harmoniques, de plus en plus prsents sur le rseau, imposent lutilisation darmoires de rephasage spcifiquement prvues pour rpondre ces surcharges. Quatre types de condensateurs sont proposs en fonction de la valeur du degr de pollution harmonique (Sh / Sn) : Q Type Standard : tension 400 VQ Type H : tension renforce 440 V ou 500 VQ Type SAH : tension renforce plus une self anti-harmoniqueQ Type FH : filtre harmonique. tude de linstallation par le dpartement Audits et Expertise.ExemplePuissance active de linstallationP = 614 kWCos mesur de linstallationCos = 0,68 soit Tan = 1,08Cos dsir aprs compensationCos = 0,93 soit Tan = 0,40Le tableau donne le coefficient K = 0,684Puissance ractive compenserQc = 614 x 0,684 = 420 kVArSh / Sn < 15 % > type standard (tension 400 V)Sh / Sn = 15 25 %> type H (tension renforce440 V ou 500 V)Sh / Sn > 25 % >type SAH (tension renforce+ self anti-harmonique)Qc = P x (tan mesure - tan souhaite) = P x KK3 / Type de renforcementSh :puissanceapparente(kVA)desrcepteursprodui-santdesharmoniques(moteursvitessevariable, lectronique de puissance, etc.)Sn :puissance apparente du transformateur de linstallation, en kVA. 20mesurtan 0,460,430,400,360,330,290,250,200,140tan cos 0,910,920,930,940,950,960,970,980,991 2,290,401,8321,8611,8951,9241,9591,9982,0372,0852,1462,288 2,160,421,7091,7381,7711,8001,8361,8741,9131,9612,0222,164 2,040,441,5851,6141,6471,6771,7121,7511,7901,8371,8992,041 1,930,461,4731,5021,5331,5671,6001,6361,6771,7251,7861,929 1,830,481,3701,4001,4301,4641,4971,5341,5751,6231,6841,826 1,730,501,2761,3031,3371,3691,4031,4411,4811,5291,5901,732 1,640,521,1881,2151,2491,2811,3151,3531,3931,4411,5021,644 1,560,541,1031,1301,1641,1961,2301,2681,3081,3561,4171,559 1,480,561,0241,0511,0851,1171,1511,1891,2291,2771,3381,480 1,400,580,9490,9761,0101,0421,0761,1141,1541,2021,2631,405 1,330,600,8780,9050,9390,9711,0051,0431,0831,1311,1921,334 1,270,620,8090,8360,8700,9020,9360,9741,0141,0621,1231,265 1,200,640,7440,7710,8050,8370,8710,9090,9490,9971,0581,200 1,140,660,6820,7090,7430,7750,8090,8470,8870,9350,9961,138 1,080,680,6230,6500,6840,7160,7500,7880,8280,8760,9371,079 1,020,700,5640,5910,6250,6570,6910,7290,7690,8110,8781,020 0,960,720,5070,5340,5680,6000,6340,6720,7120,7540,8210,963 0,910,740,4530,4800,5140,5460,5800,6180,6580,7000,7670,909 0,860,760,3990,4260,4600,4920,5260,5640,6040,6520,7130,855 0,800,780,3470,3740,4080,4400,4740,5120,5520,5940,6610,803 0,750,800,2940,3210,3550,3870,4210,4590,4990,5410,6080,750 0,700,820,2420,2690,3030,3350,3690,4070,4470,4890,5560,698 0,650,840,1900,2170,2510,2830,3170,3550,3950,4370,5040,645 0,590,860,1400,1670,1980,2300,2640,3010,3430,3900,4500,593 0,540,880,0850,1120,1430,1750,2090,2460,2880,3350,3950,538 0,480,900,0310,0580,0890,1210,1550,1920,2340,2810,3410,484 DFINITION DU FACTEUR K>souhait>21DFINITION DE L'ARMOIRE PARTIR DE MESURES RELLES DES HARMONIQUES1. Identifier la pollution harmonique du rseau2. Faire un relev de mesures1. Identifier la pollution harmonique du rseauDterminer la puissance apparente globale ou puissance dformante des rcepteurs produisant des harmoniques nestpasais.Cestpourquoiletableauci-dessousfacilitelechoixdutypedecompensationenfonctiondes mesures ralises sur site.Pour une installation trs pollue par les harmoniques, ENERDIS propose des mesures sur site via un rseau dexperts mme de raliser le dimensionnement des armoires de compensation et de filtrage des harmoniques.2. Faire un relev de mesures a. Le schma ci-dessous montre :Qles points de mesure raliser avec un analyseur de rseaux triphas C.A 8335Qla distribution des chargesb. Les donnes gnrales de linstallation :Qles points de mesure raliser avec unanalyseur de rseaux triphas C.A 8335Qla distribution des chargesNombre de transformateursSn (Puissance du transformateur) kVAUn (Tension nominale) VUcc (Tension de court circuit) %THD-U (%)THD-I (%)Type de renforcementCommentaires utiliser< 2< 15type standard (400 V)vrifier les rsonances2 < THD-U < 315 < THD-I < 30type renforc 440 ou 500 Vself accorde 210 Hz> 3< 15type renforc 440 V ou 500 Vself accorde 210 Hz+ self anti-harmonique > 3> 30filtre harmoniquetude dtaille de linstallationC.A 8335C.A 833522Avec batterie connecte Sans batterie connecteTHD-I % THD-I %THD-V % THD-V %Q (batterie) kVArP (installation) kWENERDIS est votre disposition pour effectuer une tude harmonique. Nhsitez pas contacter le service commercial.Rang harmonique 1 3 5 7 11 13 THDTHD-UTHD-IIn(A)Rang harmonique 1 3 5 7 11 13 THDTHD-VTHD-IIn(A)Rang harmonique 1 3 5 7 11 13 THDTHD-VTHD-IIn(A)Description du type de charge :Qlampes dchargeQpostes souderQonduleursQvariateurs de vitesseQredresseursQalimentation sans interruption (ASI)c. Tableau gnral (point A)QMesure des puissances actives et ractivesQMesure des harmoniquesQExiste t-il une batterie de condensateurs ?d. Charges (point B)QMesures aux bornes des charges de typeconvertisseurs de puissanceQMesures aux bornes des charges gnratricesdharmoniques23COMPENSATION POUR LES INSTALLATIONS EN TARIF JAUNELe Tarif Jaune cest quoi ? Le Tarif Jaune est un tarif rglement de llectricit (en France uniquement) destin aux entreprises possdant un compteur dont la puissance se situe entre 36 et 252 kVA, c'est--dire entre le tarif bleu et le tarif vert. Elle se dcompose en une prime fixe annuelle, qui dpend de la puissance du compteur et prix des kWh consomms.Lecompteurlectroniquesurveillelapuissanceutiliseetindiquelapuissancemaximaleatteinte.Grce cetteindication,enfonctiondesbesoins,vouspourrezaugmenterchaquemoisvotrepuissancesouscriteoula baisser la fin de lanne contractuelle. Un supplment de puissance vous cotera moins cher que les consquences du dclenchement du disjoncteur ou de la facturation des dures de dpassement enregistres par un comptage lectronique. Un mauvais facteur de puissance entrane un surcrot de puissance souscrite donc une majoration de votre prime fixe (sans compter les pertes que vous subissez dans votre installation intrieure). Vous pouvez produire vous-mme, chez vous, lnergie ractive dont vous avez besoin en installant des condensateurs et ainsi rduire le prix de la fourniture.Pourquoi installer une batterie de condensateurs ?Linstallation de lquipement de compensation dnergie ractive pour le Tarif Jaune se fera, en gnral, au dpart de linstallation, soit une compensation globale.En Tarif Jaune, lnergie ractive nest pas facture par le fournisseur dnergielectrique. Linstallation de lquipement de compensation dnergie ractive permet : So|t oo diminuer la puissance souscrite (kVA), en rduisant lecontrat dabonnement So|t o'augmenter la puissance utile (kW) de linstallation, sans changerdabonnementPour satisfaire lune des conditions, il faut connatre le cos de linstallation, doncprocder une mesure.Choix de lquipementA laide du cos que vous venez de mesurer, vous pouvez dterminer lquipement adapt votre besoin. Enerdis propose une gamme spcifique pour le Tarif Jaune,.ExempleAbonnement souscrit : 108 kVABatterie : CAPTJ216Cos (mesur) : 0,7QNouvelle puissance souscrite : 84 kVAOuQPuissance active supplmentaire : 17 kW sans changer de contrat TJ TJ ENERcap capTJ TJ ENERcap capCompensation globale24Si la valeur du cos est comprise entre deux valeurs du tableau (ex : 0,75), il faudra choisir labonnement suprieur (90 kVA) ou la puissance active de valeur infrieure (14 kW). PuissanceModle Nouvelle puissance souscrireEconomie kVA en rduisantPuisance active supplmentaire souscriteEnerCAPTJ(kVA) en fonction du cos le contrat en fonction du cos en fonction du cos kVA Rf.kVAr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ouRetour sur InvestissementExemple :Economie annuelle au changement de contrat (1)1 500 ePrix de la batterie Tarif Jaune (2)1 000 eInstallation + Prestation (3)1 500 eRetour sur Investissement =(2) + (3)1 000 + 1500 = 1,6 ans(1)1 50025LIRE UN FEUILLET DE GESTION TARIF JAUNERelever le type d'utilisation1Relever la puissance souscrite226LIRE UN FEUILLET DE GESTION TARIF VERTChoisir la valeur la plus levede la puissance atteinte (kW) enpriode P ou HP correspondantau mme mois2Relever la valeur de la tangentePhi correspondante au mmemois3|ooot|o |o o|s oo |'oog|oractive est la plus leve127LIRE UNE FACTURE MENSUELLE TARIF VERTRelever la tangente Phi primaireau recto de la facture2Relever la puissance activeatteinte (kW) la plus leve enpriode P ou HP, au verso dela facture3Prendre la facture pour laquelle les kvarfacturs sont les plus levs parmi cellesde la priode du 1er novembre au 31 mars128Applications spcifiquesde la compensationd'nergie ractive 29COMPENSATION DES MOTEURS ASYNCHRONES ET TRANSFORMATEURSCompenser un moteur asynchroneLorsqu'un moteur entrane une charge de grande inertie et qu'il y a coupure de la tension d'alimentation, il peut continuer tourner en utilisant l'nergie cintique du systme (nergie proportionnelle au carr de la vitesse).La prsence de batteries de condensateurs peut alors entraner son "auto-excitation", c'est--dire lui fournir l'nergie ractive ncessaire son fonctionnement en gnratrice asynchrone.Cetteauto-excitationprovoquedessurtensionsquipeuventtreconsidrablementsuprieuresla tension du rseau.Dans tous les cas o une batterie de condensateurs est installe aux bornes d'un moteur, il y a lieu de s'assurer que la puissance de la batterie de condensateurs est infrieure la puissance ncessaire l'auto-excitation du moteur.Dans toute installation comportant des moteurs grande inertie et des batteries de condensateurs, l'appareillage decommandedesbatteriesdevratreconudetellesortequ'encasdemanquegnraldetension,aucune liaison lectrique ne subsiste entre ces moteurs et les condensateurs.Lecosdesmoteursesttrsmauvaisvideainsiqufaiblecharge.Ilpeutdonctreutiledinstallerdes condensateurs pour ce type de rcepteurs.Cas du montage des condensateurs aux bornes du moteurPour viter des surtensions dangereuses dues aux phnomnes dauto-excitation il faut sassurer que la puissance de la batterie vrifie la relation suivante :Io : Courant vide du moteurIo peut tre estim par lexpression suivante :In : Courant nominal du moteurcos n : cos du moteur la puissance nominaleUn : Tension compose nominaleSi , dans ce cas le raccordementde lquipement peut tre ralis de la faon suivante :QcM3Rseau30MOTEUR TRIPHAS 400V PuissancePuissance maxi (kVAr)nominaleVitesse de rotation max. (tr/min)kWchevaux300015001000750811223111534515204561824577,522306891030417,5101112,5375091112,51645611113141755751317182175102172225289012220252730110149242933371321793136384316021735414452200272434753612503405257637128038057637079355482677686984005437882971064506118793107117Exemple Soit un moteur asynchrone dont la plaque signaltique est la suivante :QPu = 37 kWQ220/380 VQf = 50 HzQN' = 1440 tr/minQ = 0,91Qcos n = 0,85Calculons la puissance maximale de la batterie de condensateur.Le courant nominal est donn par la relation suivante :SoitPour le calcul de la puissance de la batterie de condensateur, nous avons besoin du courant vide du moteur, soit :DoncIl faudrait installer une batterie de 11 kVAr (maximum) pour un moteur de 37 kW, pour une vitesse de rotationde 1500 tr/min afin dviter lauto-excitation du moteur.Prcautions prendre :QLorsdudmarragedumoteur:silemoteurdmarrelaidedunappareilspcial(rsistance,inductance, dispositiftoile/triangle,auto-transformateur),labatteriedecondensateursnedoittremiseenservice quaprs le dmarrageQPour les moteurs spciaux : il est recommand de ne pas les compenser (pas pas, 2 sens de marche)>31Compenser un transformateurUntransformateurconsommedelnergieractivepourassurerlamagntisationdesesenroulements.Le tableau ci-dessous indique les consommations courantes (pour plus de prcisions, il faut consulter le fabricant du transformateur).Exemple Acos=0,7,30%delapuissancedutransformateurestindisponibleenraisondelnergieractivequil doit produire.Puissance en kVAr Puissance nominalede la compensation transformateurTransformateur fonctionnantkVA videCharge 75%Charge 100%10035616047,5102004912250511153156152040082025500102530630123040800204055100025507012503070902000501001502500601502003150902002504000160250320500020030042532Compensation et attnuationdes harmoniques33FILTRES ET TECHNOLOGIELesharmoniquescirculantdanslerseaulectriquedtriorentlaqualitdelafourniturednergie.Leseffets principaux sont ceux cits en page 6. En marge de ces effets, il ne faut pas oublier les impacts conomiques qui ne sont pas ngligeables :QPertes nergtiques : pertes Joules supplmentairesQSurcot de labonnement : la puissance dformante cre par les harmoniques accrot la puissance apparente globale de linstallation et ncessite daugmenter le niveau de puissance souscriteQSurdimensionnementdesquipements:dclassementdessources,surdimensionnementdescbles pour permettre la circulation des harmoniquesQRductiondeladuredeviedesquipements:un THD-Uvoisinde10%provoqueunerduction sensible de la dure de vieQDclenchement intempestifs et arrt de linstallationLesmissionsharmoniquessontsoumisesdiffrentesnormesetrglementation(normesdecompatibilit adapte aux rseaux, dmission applicables aux quipements gnrateurs dharmonique, recommandations des distributeurs dnergie).Par exemple pour la qualit de lnergie fournie par les rseaux publics moyenne et basse tension, nous pouvons citer la norme EN 50160 qui donne, dans les conditions normales dexploitation les valeurs des rangs dharmonique au point de fourniture ne pas dpasser. Le taux global THD-U ne doit pas dpasser 8%.Valeurs des tensions d'harmoniques au point de fourniture, jusqu'au rang d'harmonique 25, exprimes en pourcentage de la tension nominale (Uc)(1) Suivant la conception du rseau, la valeur de lharmonique de rang trois peut tre beaucoup plus basse.NOTE : Les valeurs correspondant aux harmoniques de rang suprieur 25 tant gnralement faibles mais trs imprvisibles en raison des effets de rsonance, elles ne sont pas indiques dans ce tableau.Harmoniques impairs Harmoniques pairs Non multiples de 3Multiples de 3 Rang hTension relativeRang hTension relativeRang hTension relative56,0 %35,0 % (1)22,0 %75,0 %91,5 %41,0 %113,5 %150,5 %6240,5 %133,0 %210,5 % 172,0 % 191,5 % 231,5 % 251,5 % 34LIEU DINSTALLATIONPour choisir le point de raccordement le mieux adapt dun filtre dans une installation, il faut tenir compte :QDu type de perturbation prsent sur linstallation, ce qui dfinit le type de filtre installer.QLa configuration de linstallation :Existence de batteries de condensateursExistence de grandes charges perturbatrices (fours inductions, postes souder)Puissance et localisation des lignes dclairage ou dordinateursIlexiste3pointspossiblesdansuneinstallationpourraccorderunquipementdefiltrageafindliminerles perturbations :QAu tableau gnral basse tension (TGBT)Quand les perturbations ont t limines ou attnues directement au niveau des charges ou au niveau des tableauxsecondaires,leraccordementauniveaudutableaugnraldunquipementdefiltrage permet dliminer les perturbations rsiduelles restantes.Decettemanire,untatcorrectdusignallectriqueauniveaudupointdeconnexionaveclefournisseur dnergie (EDF) est garantiQAu tableau secondaireLorsquilexistediffrenteschargesdepetitespuissancesconnectesautableausecondairededistribution. Llimination des perturbations permet dviter la dcharge des lignes qui vont au tableau gnral.QAux bornes de la charge gnratrices dharmoniquesCestlameilleuresolutionpourliminerdirectementlaperturbationsonpointdeproduction, vitant ainsi sa propagation lensemble des lignes de linstallation lectrique.TechnologieDanslecasolesactionsprventivessontinsuffisantes(ex.leregroupementdeschargespolluantesoule changement de schma de liaison la terre), l'installation pollue doit tre quipe d'un quipement de filtrage. Il existe 3 types de filtres :QFiltre passifC'est un circuit LC accord sur une frquence d'harmoniques filtrer. Ce filtre, plac en drivation, absorbe les harmoniques et vite la circulation de ces dernires dans l'alimentation. Cependant, pour une rduction forte du THD-I (Sh < 200 kVA) sur plusieurs rangs, il faut plusieurs branches de filtres en drivation.QFiltre actifC'est un systme lectronique de puissance visant compenser, soit les tensions harmoniques, soit les courants harmoniquesgnrsparlacharge.Cefiltrerinjecte,enoppositiondephase,lesharmoniquesprsentessur l'alimentation de la charge de telle sorte que le courant de la ligne soit sinusodal (Sh < 200 kVA)QFiltre hybrideC'est l'association des deux technologies prcdentes permettant d'avoir un large domaine de puissance. 35Lavantageducompensateuractifsevoitnettementsurlaformedondecourant:diminutiondelavaleur efficace, diminution du facteur de crte aprs correction et amlioration du facteur de puissance. Les graphes montrent limpact du compensateur actif avec une attnuation trs significative du THD-I.10,5-1-0,5021-2-101,51-1,5-1-0,500,51,51-1,5-1-0,500,5Forme d'onde tension avant filtrageForme d'onde courant avant filtrageForme d'onde tension aprs filtrageForme d'onde courant aprs filtrage020406080100h1 h3 h5 h7 h9 h11 h13 h15 h17 h19 h21 h23 h25Ci-contre,lespectreharmo-nique montre une installation avantetaprsmiseenplace ducompensateuractifdes harmoniques.Cetteamliorationduspec-tresaccompagnegalement dune amlioration des formes donde tension et courant.Rang de l'harmoniqueAvant compensation actifAprs compensation actif36LA GAMME ENERDISAccessoiresENERPHI+ 6 et 12Compensation tarif jaune Compensation tarif vertCompensation fixeAppareillages complmentairesGamme TJ TJ ENERcap capGammeCompensation automatiqueGammeTypes 230 V - standard - HTypes H - SAHType SAHCGTGamme CONDOCondensateursFRANCEEnerdis16, rue Georges Besse - Silic 4492182 ANTONY CedexTl : +33 1 75 60 10 30Fax : +33 1 46 66 62 54info@enerdis.frwww.enerdis.fr906 210 239 - Ed. 1 - 02/2011 - Document non contractuel - Caractristiques se faire conrmer la commande.ENERDIS VOUS ACCOMPAGNE DANS VOTRE DMARCHE D'EFFICACIT NERGTIQUEDterminer facilement la batterie de condensateurs qu'il vous faut l'aide du logiciel de calcul E.var tlchargeable gratuitement sur notre sitewww.chauvin-arnoux.com/support. 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