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L'amélioration du facteur de puissance ou compensation de la puissance réactive


BEP ELEEC BAC PRO

S0.2 : Circuits parcourus par un courant alternatif sinusoïdal.

    • Monophasé : puissance apparente, active et réactive.


PQS 1. Pourquoi améliorer ou relever le facteur de puissance ?

Pour fonctionner les moteurs, les transformateurs, certaines lampes nécessitent de la puissance active et de la puissance réactive.

Consommée au-delà d'un certain seuil la puissance réactive entraine des pénalités financières en tarif vert.

Inconvénients d'un mauvais facteur de puissance (cosφ) :

    • Pénalités (en tarif vert) par le fournisseur d'énergie électrique.

    • Augmentation de la puissance souscrite par le fournisseur d'énergie électrique.

    • Augmentation des pertes Joules et de la chute de tension.

    • Augmentation des surcharges au niveau du transformateur et des câbles.

    • Sur dimensionnement des conducteurs et des câbles.

    • Déclenchement des disjoncteurs.


Le facteur de puissance est un élément qui rend compte de l'efficacité d'un dipôle pour consommer correctement la puissance lorsqu'il est traversé par un courant.

Les distributeurs d'énergie électrique facturent en général la puissance apparente (en kVA) consommée sur la base de la mesure réalisée à l'aide du compteur d'énergie.

Si le facteur de puissance d'une installation est faible, l'intensité consommée sera grande d'où une facture électrique plus élevée.

C'est pour cette raison que les distributeurs d'énergie électrique facturent l'énergie réactive pour les gros consommateurs (Tarif Vert), la facturation tiendra compte de toutes les puissances : active, réactive et apparente consommées.


Améliorer le facteur de puissance permet donc de réduire le courant absorbé total et ainsi diminuer la puissance apparente souscrite (kVA).


Rappel :

    • Le facteur de puissance cosφ est fonction du rapport puissance active sur puissance apparente :

Formule interactive permettant de calculer le cosPHI

    • Le facteur de puissance est une valeur numérique comprise entre 0 et 1.

    • Le cosφ = 1 valable pour un récepteur purement résistif.

    • Le cosφ = 0 valable pour un récepteur purement réactif (inductance ou capacité).


Le facteur de puissance d'une installation sera faible lorsque la puissance réactive sera élevée (cosφ va s'éloigner de 1 et s'approcher de 0).

Pour augmenter le facteur de puissance (cosφ), il faut compenser la puissance réactive consommée par les récepteurs inductifs.

Comme présenté sur le schéma ci-dessous l'amélioration du facteur de puissance peut être fait de deux façons :

    • Globale en plaçant une batterie de condensateurs en tête d'installation.

    • Individuelle ou localisée en plaçant les condensateurs au plus près du récepteur inductif.

Schéma de principe de la compensation de l'énergie réactive


L'installation de batteries de condensateurs permet à la fois d'éviter ces pénalités et de réduire la puissance apparente (VA).

Les batteries de condensateurs permettent :

    • De diminuer la puissance souscrite et d'optimiser le contrat auprès du fournisseur d'énergie électrique.

    • De disposer d'une puissance active supplémentaire sans modifier son contrat.

    • D'économiser de l’énergie et de l’argent grâce aux batteries de condensateurs.


Il existe différent type de batteries de compensation :

    • Compensation fixe, l'ensemble de la batterie et mis en service (Tout Ou Rien : TOR)

    • Compensation automatique aussi appelé à gradins, la batterie étant divisée en plusieurs gradins qui sont mis en service de façon automatique en fonction de la puissance réactive à compenser.


Le fournisseur d'énergie électrique a fixé un seuil au delà duquel il facture la puissance réactive trop consommée.

Ce seuil est calculé à partir de la tan φ :

Formule interactive permettant de calculer le tanPHI

    • Si tan φ ≤ 0,4 : Non facturation de l'énergie réactive consommée.

    • Si tan φ > 0,4 : Facturation de l'énergie réactive supplémentaire.




PQS 2. Animation interactive sur la compensation :

Sur l'animation ci-dessous visualiser l'influence de la compensation de la puissance réactive sur l'installation.

    • P : Puissance active (W).

    • S1 : Puissance apparente avant compensation (VA).

    • Q1 : Puissance réactive avant compensation (VAR).

    • S2 : Puissance apparente après compensation (VA).

    • Q2 : Puissance réactive après compensation (VAR).

Ce bouton permet d'utiliser des condensateurs pour améliorer le facteur de puissance et ainsi compenser le réactif.

Ce bouton permet d'utiliser un réseau monophasé (230V) ou triphasé (400V).


Triangle des puissances avec ou sans compensation du réactif



PQS 3. Dimensionner la compensation d'une installation :

Pour améliorer le facteur de puissance on doit installer un condensateur ou une batterie de condensateurs .

Le condensateur va produire la puissance réactive QC permettant de diminuer la puissance réactive initiale Q1 en une puissance réactive Q2 (valeur diminuée souhaitée).

QC

QC Puissance réactive de compensation.

Q1 Puissance réactive avant compensation.

Q2 Puissance réactive après compensation.


condensateur QC

QC Puissance réactive de compensation.

P Puissance active de l'installation.

tanφ1 Tangente du déphasage φ avant compensation.

tanφ2 Tangente du déphasage φ après compensation.


    • Détermination de la valeur du condensateur à installer :

QC

C Capacité du condensateur en Farads.

QC Puissance réactive de compensation.

U Tension en Volts.

ω Pulsation en rad/s.


    • Détermination de la valeur du condensateur à installer :

QC QC

C Capacité du condensateur en Farads.

P Puissance active de l'installation.

P Puissance active de l'installation.

tanφ1 Tangente du déphasage φ avant compensation.

tanφ2 Tangente du déphasage φ après compensation.

U Tension en Volts.

ω Pulsation en rad/s.




PQS 4. Conclusion :

Le relèvement du facteur de puissance consiste à augmenter la valeur du cosφ afin qu'il s'approche le plus possible de 1.

Pour relever le cosφ il suffit donc de réduire la puissance réactive (Q1).

Or un condensateur à la propriété de produire de la puissance réactive (QC) venant compenser et ainsi réduire la puissance réactive d'une installation (Q1).

Pour augmenter le facteur de puissance on place en dérivation avec l'installation un ou plusieurs condensateurs et ainsi on obtient une nouvelle puissance réactive réduite (Q2).

Pour augmenter le facteur de puissance on place en dérivation avec l'installation un ou plusieurs condensateurs et ainsi on obtient une nouvelle puissance réactive réduite (Q2).

La puissance apparente et donc le courant sont donc diminués tout en fournissant la même puissance active, on réalise donc des économies sur la facture d'énergie électrique.


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