Notions de base sur la puissance réactive et la compensation

Qu'est-ce que la puissance réactive ?

Une partie du courant prélevé sur le réseau est transformée en travail (chaleur, lumière, mouvement), tandis qu'une autre sert à créer le champ magnétique des charges telles que moteurs, transformateurs et ballasts. La partie transformée en travail s'appelle la puissance active (kW) ; celle qui va et vient pour le champ magnétique s'appelle la puissance réactive (kVAr).

La puissance réactive ne produit aucun travail, mais elle continue de faire circuler du courant dans les câbles et les transformateurs. Les deux agissent ensemble sur le courant total ; leur combinaison s'appelle la puissance apparente (kVA).

• P puissance active (kW)
• Q puissance réactive (kVAr)
• S puissance apparente (kVA)

Qu'est-ce que le facteur de puissance (cos φ) ?

Le facteur de puissance est le rapport qui indique quelle part de la puissance apparente absorbée est réellement convertie en puissance active. Plus il est proche de 1, plus l'installation utilise efficacement le réseau.

Lorsque le facteur de puissance est faible, il faut un courant plus élevé pour la même puissance active. Cela entraîne les conséquences suivantes :

• Les câbles et les transformateurs sont chargés plus que nécessaire.
• Les pertes en ligne et la chute de tension augmentent.
• L'installation gaspille une partie de sa capacité en courant réactif.
• Si les limites fixées par le distributeur sont dépassées, des frais d'énergie réactive apparaissent sur la facture.

Charges inductives et capacitives

Les charges renvoient de la puissance réactive au réseau de deux manières :

• Charges inductives : moteurs asynchrones, transformateurs, postes de soudure, ballasts de tubes fluorescents. Elles absorbent de la puissance réactive inductive du réseau. C'est le cas le plus courant dans l'industrie.
• Charges capacitives : condensateurs et certains appareils électroniques. Elles fournissent de la puissance réactive capacitive au réseau.

Le but de la compensation est de fournir localement la puissance réactive inductive avec des condensateurs. Cependant, si les condensateurs restent en service lorsque la charge diminue, l'installation peut passer en régime capacitif. Le régime capacitif est lui aussi soumis à des limites ; la capacité enclenchée doit donc être adaptée à la charge.

Limites de pénalité réactive

Selon la réglementation de l'autorité turque de régulation du marché de l'énergie (EPDK), une certaine quantité d'énergie réactive par rapport à l'énergie active consommée est franche de frais. Si ces ratios sont dépassés, la part excédentaire est facturée. L'inductif et le capacitif sont suivis séparément.

Ces ratios correspondent approximativement aux valeurs de facteur de puissance suivantes :

De quoi se compose un système de compensation ?

Une armoire de compensation automatique associe essentiellement les éléments suivants :

• Transformateur de courant : transmet au régulateur le courant absorbé par l'installation.
• Régulateur de puissance réactive : calcule le facteur de puissance à partir du courant et de la tension et décide quels gradins enclencher ou déclencher pour atteindre la valeur cible.
• Éléments de commutation : contacteurs ou modules à thyristors enclenchent et déclenchent les gradins.
• Condensateurs : fournissent la puissance réactive.
• Réactances shunt : servent à compenser un excès capacitif en cas de besoin.
• Éléments de protection : fusibles, interrupteurs et équipement d'alarme.

Le régulateur surveille en continu les variations de la charge et ajoute ou retire des gradins. Le facteur de puissance reste ainsi autour de la valeur cible.

Commutation par contacteur et par thyristor

Deux méthodes sont utilisées pour enclencher les gradins de condensateurs :

Si la charge varie très vite, un système à contacteurs ne peut pas suivre. La puissance réactive risque alors de ne pas être fournie au bon moment. La commutation par thyristors est préférée pour ces charges.

Harmoniques

Les charges non linéaires comme les variateurs, redresseurs, onduleurs et éclairages LED déforment l'onde de courant. Les composantes apparaissant à des multiples de la fréquence fondamentale (50 Hz) s'appellent des harmoniques.

Dans un réseau comportant des harmoniques, les condensateurs peuvent entrer en résonance, absorber un courant excessif, s'échauffer et voir leur durée de vie réduite. Dans les installations très chargées en harmoniques :

• Il faut d'abord mesurer le niveau d'harmoniques,
• Si nécessaire, une self anti-harmonique en série (compensation filtrée) doit être utilisée avec les condensateurs,
• La tension assignée des condensateurs doit être adaptée à la tension du réseau et au niveau d'harmoniques.

Que mesure un analyseur d'énergie ?

Un analyseur d'énergie permet de suivre l'état électrique d'une installation avec un seul appareil. Les grandeurs suivantes sont généralement mesurées :

• Tensions et courants de phase
• Puissances active, réactive et apparente
• Facteur de puissance (cos φ) et fréquence
• Consommation d'énergie active et réactive
• Composantes harmoniques

Ces valeurs aident à comprendre si le système de compensation fonctionne correctement, si les limites de pénalité sont dépassées et comment la charge évolue au cours de la journée.

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