La compensation d’énergie réactive

La compensation d’énergie réactive est un des éléments a prévoir pour toutes installations électriques lors de l’étude pour réduire les coûts de l’installation et lors de l’exploitation pour réduire la facture de la consommation électrique.

Définition

Toutes machines électriques consommant du Courant Alternatif font appel à deux formes d’énergie électrique, l’énergie active et l’énergie réactive.

L’énergie active (KWh) consommé résulte de la puissance active (KW) des équipements qui est transformée en puissance mécanique et en chaleur.

L’énergie réactive (Kvarh) résulte de la puissance réactive (Kvar) des équipements c’est la puissance nécessaire pour la magnétisation des circuits magnétiques, comme les moteurs ,les transformateurs et autres.

L’énergie apparente (Kvah) c’est la somme vectorielle des énergies active et réactive, résultante de la puissance active (Kva).

S²=P²+Q²

la puissance apparente S(kVA)=U.I
la Puissance active P(kW)=U.I.cosφ
la puissance réactive Q(kVAR)=U.I.sinφ

La puissance déformante

le triangle de puissance précédant n’est valable que pour un signal purement sinusoïdal ,

La réalité du terrain, et en présence des perturbations harmoniques du réseau une nouvelle puissance est mise en œuvre, à savoir la puissance déformante,

C’est la résultante des puissances des harmoniques d’ordre supérieur présentes dans le réseau à un instant donner.

dans ce cas la puissance apparente est calculée avec la formule suivante:

S²=P²+Q²+D²

L’unité de la puissance déformante D et (VAD)

Le Facteur de puissance

Le facteur de puissance dans le cas d’un signal purement sinusoïdal est égal au cosφ ,et calculé par la formule suivante:

cosφ=P(kW)/S(kVA)

ce cosφ prend en considération que la fondamentale (f=50Hz)

en présence d’harmonique le facteur de puissance est différent du cosφ est calculé

Fp=P/√(P²+Q²+D²).

Pour plus de détails sur les harmoniques je vous recommande l’article de la Qualimétrie

Objectifs de la compensation d'énergie réactive

Pour acheminer cette puissance réactive vers le récepteur, il est nécessaire de surdimensionné la source, ainsi que les câbles électriques, il faut savoir que pour la même puissance active (puissance réelle) on aura besoin de plus de puissance apparente en cas d’augmentation de la puissance réactive.

Évidemment qu’elle est indispensable pour le fonctionnement des charges selfiques, comme les moteurs et les transformateurs, mais on peut la produire localement.

les fournisseurs d’énergie électrique incitent les consommateurs a produire une partie de la puissance réactive localement par l’application d’une pénalité en cas de dépassement d’un seuil prédéfinie par chaque fournisseur ,

pour la SONELGAZ:

cosφ>=0. 894 le client sera bonifier.

cosφ<0. 894 le client sera pénaliser.

Quand le courant réactif circulant dès les canalisations est important il provoque ;

Des surcharges au niveau des transformateurs,
L’échauffement des câbles d’alimentation,
Des pertes supplémentaires
Des chutes de tension importantes.

Pour ces raison il est impératif de compenser l’énergie réactive et de la produire localement.

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Puissance de la batterie de compensation d'énergie réactive

On doit réduire la puissance apparente absorbée de S2 à S1 on doit installer une batterie de compensation d’énergie‎ réactive d’une puissance Qc, qui sera calculé avec la formule suivante ;

Qc = P.(tgφ2 – tgφ1).

Choix du type de compensation

comme chaque projet ,l’utilisateur doit faire le rapport en les couts d’installation de la compensation et les gains après l’installation.

les couts de la compensation dépendent de plusieurs facteurs:

la puissance installée,
le niveau de tension ,en HT ou en BT.
le fractionnement en gradins,
le mode de commande,
présence ou pas des filtres.

Type de compensation

il existe deux types de compensation en fonction du niveau de la puissance réactive absorbé

Compensation fixe

Quand la puissance réactive absorbé est faible (15%) par rapport à la puissance du transformateur, on peut utiliser une compensation fixe, qui sera injectée totalement dans le réseau que ce soit par commande manuel ou semi-automatique.

Compensation en gradins

Dans ce cas la batterie de compensation est composé de plusieurs gradins avec des puissances égales ou différentes.
L’enclenchement et le déclenchement des gradins sont pilotés automatiquement par un relais varmétrique pour atteindre une consigne préprogrammée.

ce type de compensation est utiliser quand la puissance réactive absorbé dépasse le seuil de 15% de la puissance du transformateur.

Utiliser en tète de l’installation BT pour une compensation générale ,ou bien en tète d’un secteurs important.

Compensation d'énergie réactive en présence harmoniques

Etant sensible a la présence harmoniques ,les batteries de compensation doivent être choisis en association avec des filtres anti-harmonique et / ou antirésonance.

donc en fonction de la puissance des générateurs d’harmoniques présents dans le réseau on choisira le type de compensation :

Gh<0,15.Sn compensation standards.
0,15.Sn<Gh<0,25.Sn compensation avec filtre anti-harmoniques.
0,25.Sn<Gh<0,6.Sn compensation avec filtre anti-harmonique et filtre antirésonance.
Gh>0,6.Sn filtre anti harmonique ,que lui même assure la compensation.

la fréquence de résonance du système transformateur -batterie de compensation est calculé par la formule:

Hn=√(Sc/Q)

Hn : l’ordre de fréquence de résonnance.

Sc : la puissance de court-circuit réseau amont.

Q la puissance de la batterie de compensation utiliser.

pour plus de détails sur ce sujet je recommande

Guide de la compensation d’énergie réactive et du filtrage des harmoniques