guide compensation energie reactive
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Guide de la compensationdnergie ractiveet du filtrage des harmoniques
Guidesexpertsbassetensio
n
N
6
M M M M
M
M
M
M
M M M M
051797
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Sommaire
1. Gnralits sur la compensation dnergie ractive .............3
1.1 Dfinitions ............................................................................................ 3
1.1.1. Energies active, ractive, apparente .................. ................... ........... 3
1.1.2. Composantes active et ractive du courant.. ........................ ........... 3
1.1.3. Composantes active et ractive de la puissance ............................ 3
1.1.4. Facteur de puissance ....................................................................... 4
1.2 Objectifs ................................................................................................ 4
1.3 Choix du type de compensation .......................................................... 5
1.3.1. Choix de la localisation .................................................................... 5
1.3.2. Choix du type de compensation ...................................................... 5
1.4 Compensation dnergie ractive en prsence dharmoniques ........ 6
1.5 Appellations utilises pour les dispositifs de compensation
Rect iphase ................................................................................................. 6
2. Phnomnes transitoires et perturbations ..............................8
2.1 Rgime transitoire denclenchement .................................................. 8
2.1.1. Cas dune batterie fixe .............. ............. ............. .............. ............. ... 8
2.1.2. Cas dune batterie en gradins .............. ............... ................ ........... 10
2.2 Rsonance ......................................................................................... 12
2.3 Surcharge harmonique ...................................................................... 15
2.3.1. Cas gnral .................................................................................... 152.3.2. Surcharge des filtres dharmoniques ............................................. 15
3. Choix des protections ............................................................. 17
3.1 Courant denclenchement ................................................................. 17
3.2 Dimensionnement thermique des matriels (appareils
de coupure et cbles) .............................................................................. 17
3.3 Choix et calibrage des protections pour batterie
de condensateurs Rectiphase ................................................................ 17
4. Complments techniques ....................................................... 21
Compensation de moteurs asynchrones ............................................... 22
Compensation de transformateurs ......................................................... 23
Section des cbles................................................................................... 24
Choix des protections .............................................................................. 25
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Gnralits sur la compen-
sation dnergie ractive
En
bref
L'nergie, le courant et la
puissance sont constitus de
composantes :
n active,
n ractive,
n apparente.
Seule la composante active est
cratrice de travail ou de chaleur.
Ia
ItIr
Figure 1 - Composition vectorielle des courants
sin.
cos.
22
IIr
IIa
IrIaIt
=
=
+=
1.1.3. Composantes active et ractive de la
puissance
Le diagramme prcdent tabli pour les courants est aussi valable pour lespuissances, en multipliant chacun des courants par la tension commune U.On dfinit ainsi :n la puissance apparente : S = UI (kVA),
n la puissance active : P = UI.cosj (kW),n la puissance ractive : Q = UI.sinj (kvar).
P (kW)
S (kVA)
Q (kvar)
Figure 2 - Composition vectorielle des puissances
1.1 Dfinitions
1.1.1. Energies active, ractive, apparente
Toute machine lectrique utilisant le courant alternatif (moteur, transformateur) meten jeu deux formes dnergie : lnergie active et lnergie ractive.Lnergie active consomme (kWh) rsulte de la puissance active P (kW)des rcepteurs. Elle se transforme intgralement en puissance mcanique (travail)
et en chaleur (pertes).Lnergie ractive consomme (kvarh) sert lalimentation des circuitsmagntiques des machines lectriques. Elle correspond la puissance ractiveQ (kvar) des rcepteurs.Lnergie apparente (kVAh) est la somme vectorielle des deux nergies
prcdentes. Elle correspond la puissance apparente S (kVA) desrcepteurs, somme vectorielle de P(kW) et Q(kvar).
1.1.2. Composantes active et ractive du courant
A chacune des nergies active et ractive, correspond un courant.Le courant actif (Ia) est en phase avec la tension du rseau.Le courant ractif (Ir) est dphas de 90 par rapport au courant actif, soit enretard (rcepteur inductif), soit en avance (rcepteur capacitif).Le courant apparent (It) est le courant rsultant qui parcourt la ligne depuis lasource jusquau rcepteur.
Si les courants sont parfaitement sinusodaux, on peut utiliser la reprsentation deFresnel. Ces courants se composent alors vectoriellement comme reprsent ci-dessous :
E58741
E58742
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En
bref
P (kW)
S1 (kVA)Q1 (kvar)
Q2 (kvar)
S2 (kVA)
2
Figure 3 - Influence de la puissance ractive
Ainsi, la circulation de lnergie ractive sur les rseaux de distribution entrane,
du fait dun courant appel plus important :n des surcharges au niveau des transformateurs,n lchauffement des cbles dalimentation,n des pertes supplmentaires,n des chutes de tension importantes.
Pour ces raisons, il est ncessaire de produire lnergie ractive au plus prspossible des charges, pour viter quelle ne soit appele sur le rseau. Cest cequon appelle "compensation de lnergie ractive".
Pour inciter cela et viter de surcalibrer son rseau, le distributeur dnergiepnalise financirement les consommateurs dnergie ractive au-del dun certainseuil.
On utilise des condensateurs pour fournir lnergie ractive auxrcepteurs inductifs.
1.1.4. Facteur de puissance
Le facteur de puissance est gal par dfinition :
)_(_
)_(_
kVAapparentepuissance
kWactivepuissance
S
PFP ==
Si les courants et tensions sont des signaux parfaitement sinusodaux, le facteurde puissance est gal cosj.
On utilise galement la variable tgj. Dans les mmes conditions, nous avons larelation :
)_(_
var)_(_
kWactivepuissance
kractivepuissance
P
Qtg ==
Sur une priode de temps donne, nous avons galement :
)_(__
)var_(__
kWhconsommeactivenergie
hkconsommeractivenergie
Wa
Wrtg ==
1.2 Objectifs
La circulation de lnergie ractive a des incidences techniques et conomiquesimportantes. En effet, pour une mme puissance active P, la figure suivante montrequil faut fournir dautant plus de puissance apparente, et donc de courant, que la
puissance ractive est importante.
E58743
L'objectif de la compensation
d'nergie ractive est de rduire le
courant appel sur le rseau.
L'nergie ractive est fournie par
des condensateurs, au plus prs
des charges inductives.
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Pour rduire la puissance apparente absorbe au rseau de la valeur S2 la
valeur S1, on doit connecter une batterie de condensateurs fournissant lnergieractive Qc, telle que : Qc = P.(tgj2 - tgj1).
P (kW)
S1 (kVA)
Qc (kvar)
S2 (kVA)
2
Figure 4 - Principe de la compensation d'nergie ractive
1.3 Choix du type de compensation
Lintrt conomique de la compensation est mesur en comparant le cotdinstallation des batteries de condensateurs aux conomies quelle procure.
Le cot des batteries de condensateurs dpend de plusieurs paramtres dont :n la puissance installe,n le niveau de tension,n le fractionnement en gradins,
n le mode de commande,
n le niveau de qualit de la protection.
1.3.1. Choix de la localisation
n Compensation globaleLa batterie est raccorde en tte dinstallation et assure la compensation pourlensemble des charges. Elle convient lorsqu'on cherche essentiellement supprimer les pnalits et soulager le poste de transformation.
n Compensation locale ou par secteursLa batterie est installe en tte du secteur dinstallation compenser. Elle convientlorsque linstallation est tendue et comporte des ateliers dont les rgimes de
charge sont diffrents.
n Compensation individuelleLa batterie est raccorde directement aux bornes de chaque rcepteur inductif
(moteur en particulier). Elle est envisager lorsque la puissance du moteur estimportante par rapport la puissance souscrite. Cette compensation esttechniquement idale puisquelle produit lnergie ractive lendroit mme o elleest consomme, et en quantit ajuste la demande.
1.3.2. Choix du type de compensation
n Compensation fixeOn met en service lensemble de la batterie, dans un fonctionnement "tout ou rien".
La mise en service peut tre manuelle (par disjoncteur ou interrupteur), semi-automatique (par contacteur), asservie aux bornes des moteurs. Ce type decompensation est utilis lorsque la puissance ractive est faible (
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En
bref
1.4 Compensation dnergie ractive
en prsence dharmoniques
Les quipements faisant appel llectronique de puissance (variateurs devitesse, redresseurs, onduleurs, ), de plus en plus utiliss, sont responsablesde la circulation de courants harmoniques dans les rseaux. Ces harmoniquesperturbent le fonctionnement de nombreux dispositifs. En particulier, lescondensateurs y sont extrmement sensibles du fait que leur impdance dcrotproportionnellement au rang des harmoniques prsents.
Dans certaines circonstances, des phnomnes de rsonance peuvent seproduire entranant une forte distorsion de tension et la surcharge descondensateurs. La description de ces phnomnes est dtaille en 2.2.
Selon la puissance des gnrateurs dharmoniques prsents, diffrents types de
condensateurs doivent tre choisis, associs ventuellement des inductances.Le tableau suivant rsume les diffrents choix possibles :
Transfo de puissance Sn < 2MVA
Gh
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n Equipement de compensation automatique Turbovar
Ensemble de blocs condensateurs Varplus M, command par un relais dintensit.
n Batterie de compensation automatique : Rectimat, Secomat, PrismaEquipements raliss par association de plusieurs ensembles de compensation,constitus en "gradins". Les diffrentes appellations sont relatives diffrents
types denveloppes.Un dispositif rgulateur varmtrique Varlogic, intgr lquipement, commandesparment chaque gradin. Suivant le besoin global dnergie ractive, lergulateur commande la mise sous tension dun certain nombre de gradins, parlintermdiaire de contacteurs.
Lquipement peut tre en option dot dun disjoncteur.Existe en versions standard, type H ou type SAH, utilises suivant le niveau depollution harmonique.
n Platine quipe ou module de compensation
Sous-ensemble de compensation constituant un gradin et destin tre montdans une batterie de compensation automatique.Ce sous-ensemble comprend essentiellement un bloc de compensation Varplus M,un contacteur de mise sous tension et des fusibles de protection.Existe en versions standard, type H ou type SAH, utilises suivant le niveau depollution harmonique.
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Phnomnes transitoires
et perturbations
En
bref
2.1 Rgime transitoire denclenchement
Lenclenchement dune batterie de condensateurs est accompagn dun rgimetransitoire en courant et en tension. Une surintensit et une surtensionapparaissent, dont lamplitude et la frquence dpendent des caractristiques durseau amont et du nombre de batteries de condensateurs.
Le rseau amont est considr comme une inductance pure La
telle que :
cc
n
cc
na
I
U
S
UL
3
2
==
avec :n Un : tension compose nominale,n
Icc : courant de court-circuit triphas symtrique au point de raccordement ducondensateur,n Scc : puissance de court-circuit au point de raccordement du condensateur
(par dfinition,ccncc
IUS ..3= ).
La liaison reliant lappareil de coupure (contacteur, disjoncteur ou interrupteur) labatterie de condensateurs est considre galement comme une inductance pure.
2.1.1. Cas dune batterie fixe
Modles correspondants de la gamme Rectiphase : Varplus forte puissance,Rectibloc.
Le schma monophas quivalent est celui de la figure suivante :
Uh3
La L
C
Figure 5- Schma simplifi d'une batterie fixe
nLa: inductance du rseau amont,
nL : inductance de la liaison reliant lappareil de coupure la batterie decondensateurs.
On dmontre que lexpression du courant crte denclenchement est :
LL
CU
a
ne+
=3
2
L est ngligeable devant La, do :
a
neL
CU
3
2=
E58745
L'utilisation de condensateurs
s'accompagne de diffrents
rgimes transitoires et de
perturbations :
n courant d'appel important et forte
surtension l'enclenchement des
condensateurs,
n phnomme de rsonnance et
surcharge harmonique.
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La frquence propre de ce courant est :
CLf ao
2
1
=
Sa dure est quivalente la dure de la priode transitoire dun court-circuit, soitquelques dizaines de ms.
On peut comparer ce courant au courant nominal de la batterie :
3
nncapa
UCI =
do :
CLI
ancapa
e
12 =
En utilisant :
cc
na
S
UL
2
= et2
nUCQ =
on obtient :
Q
S
I
cc
ncapa
e 2=
La surintensit saccompagne dune surtension dont la valeur maximale peut treproche de 2 fois la tension crte rseau.
n ExempleSupposons une batterie fixe de 250 kvar de tension compose Un = 400 V alimentepar un rseau de puissance de court-circuit maximal Scc = 20MVA, on a :
Q
S
I
cc
ncapa
e 2=
6,1210.250
10.20.2
3
6
==ncapa
e
I
CLf
a
o2
1=
HzQ
Sf cc
o447
10.250
10.20.50
23
6
===
Le courant crte denclenchement maximal vaut dans cet exemple 12,6 fois lecourant nominal de la batterie, sa frquence propre est 447Hz.
Les figures suivantes reprsentent le courant denclenchement et la tensionrseau, lorsque lenclenchement a lieu au maximum de la tension.
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10
0 0.01 0.02 0.03 0.04-5000
0
-4000
-3000
-2000
-1000
1000
2000
30004000
5000
t (s)
A
Figure 6 - Courant d'enclenchement
V
0 0.01 0.02 0.03 0.04600
0
500
400
200
100
100
200
300
500
600
t (s)
300
400
Uh3
La
CC
LL
C
L
C
L
321 n+1
Figure 8 - Schma simplifi d'une batterie en gradins
nLa: inductance du rseau amont
nL : inductance de la liaison reliant lappareil de coupure la batterie decondensateurs (0,5 H/m).
Le courant crte denclenchement e est maximal lorsque n gradins sont en service
et que lon enclenche le n+1me
. Les gradins en service se dchargent dans legradin enclench. Les inductances L tant trs faibles, ce courant denclenchementest trs important (il est indpendant de linductance du rseau L
a).
Figure 7- Tension rseau l'enclenchement
2.1.2. Cas dune batterie en gradins
Modles correspondants de la gamme Rectiphase : Rectimat, Secomat, Prisma.
Le schma monophas quivalent pour (n+1) gradins de condensateurs est celuide la figure suivante :
E58746
E58747
E58748
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Figure 9 - Schma de principe des rsistances de pr-insertion
Chaque gradin de condensateurs est command par un contacteur quip decontacts auxiliaires. Des rsistances sont connectes en srie avec les contactsauxiliaires.
A la fermeture du contacteur, les contacts auxiliaires sont ferms instantanment,ce qui autorise la prcharge au travers des rsistances. Aprs 3ms environ, lescontacts principaux se ferment, court-circuitant les rsistances.
Illustration : sur les donnes de lexemple prcdent, avec rsistance de pr-insertion gale 3,2W :o courant dans le condensateur enclench,o tension aux bornes du condensateur enclench et tension rseau.
Pointe de courant lenclenchement du 6me gradin : capa
700 A, soit environ 10fois le courant nominal dun gradin.
On dmontre que lexpression du courant crte denclenchement est :
LCU
nn ne 13
2+
=
On peut comparer ce courant au courant nominal dun gradin Incapa
:
3
nncapa
UCI =
On obtient :
LQU
n
n
I
n
ncapa
e
..
1..
1.
3
2
+=
avec : Q = puissance ractive dun gradin.
n ExempleSupposons une batterie de 6 gradins de chacun 50 kvar, de tension compose400 V, distants de 1 mtre de leur appareil de coupure associ. On a :
16810.5,0.314.10.50
1.400.
6
5.
3
2
..
1..
1.
3
2
63==
+=
LQU
n
n
I
n
ncapa
e
Le courant crte denclenchement maximal vaut dans cet exemple 168 fois lecourant nominal dun gradin de condensateurs.
Ce courant trs lev ne peut pas tre support par les condensateurs et lesappareils de coupure, il faudra donc utiliser un dispositif limitant le courantdenclenchement.
Dans le cas des batteries de compensation Rectiphase, la limitation des courantsdenclenchement est obtenue par des rsistances de pr-insertion dont le principeest illustr sur la figure suivante :
E58749
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12
0 0.11 0.12 0.13 0.14-800
0
-600
-400
-200
200
400
600
800
t (s)
A
0 0.11 0.12 0.13 0.14
-400
0
-300
-200
-100
100
200
300
400
t (s)
V
Figure 11 - Tension aux bornes du condensateur enclench et tension rseau
Gnrateurd'harmoniques
Batterie decondensateurs
Chargelinaire
Ih
Ls
C
Figure 12 - Schma simplifi d'une installation
E58762
E58750
E58751
Figure 10- Courant dans le condensateur enclench
2.2 Rsonance
Le phnomne de rsonance est lorigine des plus importantes distorsionsharmoniques dans les rseaux de distribution, et la cause majeure de surchargesdes condensateurs de compensation.
Les phnomnes dcrits ci-dessous sont du type "rsonance parallle".
Considrons le schma simplifi suivant, reprsentant une installation comprenant :n un transformateur dalimentation,n des charges linaires,n des charges non linaires gnratrices de courants harmoniques,n des condensateurs de compensation.
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Ls C R Ih
Z
Pour une analyse harmonique, le schma quivalent est le suivant :
Figure 13 - Schma quivalent pour analyse harmonique
n Ls : inductance de lalimentation (rseau + transfo + ligne),n C : capacit de compensation,n R : rsistance des charges linaires,n Ih : gnrateurs dharmoniques.
Le module de limpdance vue par les courants harmoniques est reprsent sur la
figure ci-dessous :Z ()
f (Hz)
Rseau aveccondensateur
Rseau seul
Zone d'amplificationdes harmoniques
far
Gnrateurd'harmoniques
Batterie decondensateurs
Chargelinaire
I har
Figure 15- Circulation des courants harmoniques
Le rseau dalimentation ainsi que les condensateurs de compensation sontsoumis des courants harmoniques importants et donc des risques desurcharge.
Figure 14 - Module de l'impdance Z en fonction de la frquence
Interprtation physique :n la frquence far
est la frquence daccord du circuit (ls + C),n la frquence f
ar, le module de limpdance du rseau vu par les harmoniques
est maximal. Il y a donc apparition de tensions harmoniques importantes, et doncune forte distorsion de tension,n dans la zone damplification des harmoniques il y a dans le circuit (ls + C)circulation de courants harmoniques suprieurs aux courants harmoniquesinjects.
Le schma suivant montre les lments du circuit affects par les courantsharmoniques :
E58763
E58752
E58753
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Gnrateurd'harmoniques
Batterie decondensateurs
Chargelinaire
I har
Batterie decondensateurs
Chargelinaire
n ExempleOn considre dans un premier temps un rseau comportant un transformateur, unensemble de charges linaires et un batterie de compensation dnergie ractive.
Les paramtres sont les suivants :n puissance nominale du transfo : Sn = 1000kVA,n tension de court-circuit du transfo : 5 %,n charges linaires :o puissance : P = 500kW,o cosj : 0,75,n batterie de condensateurs : Q = 250kvar.
Dans un deuxime temps, on suppose que la moiti des charges linaires sontremplaces par des charges non-linaires.
On observe alors une forte distorsion du courant dans les condensateurs decompensation.
La frquence de rsonance est de 447Hz, ce qui provoque une forte amplificationdes harmoniques de rang 11.
A
rang
50
0
100
150
200
250
5 7 11 13 17 19 23 25
inject
rsultat
Figure 16 - Spectre des courants harmoniques
n Courant condensateurs, sans injection dharmoniques
Figure 17- Compensation sans injection d'harmoniques
n Courant condensateurs, avec injection dharmoniques
0 0.47 0.48 0.49 0.5
-400
0
-300
-200
-100
200
300
400
500
t (s)
100
-500
Figure 18 - Compensation avec injection d'harmoniques
0 0.47 0.48 0.49 0.5
-400
0
-300
-200
-100
200
300
400
500
t (s)
100
-500
E58754
E58755
E58756
E58757
E58758
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2.3 Surcharge harmonique
2.3.1. Cas gnral
Les tensions harmoniques appliques aux condensateurs provoquent la circulationde courants proportionnels la frquence des harmoniques. Ces courants sontresponsables de pertes supplmentaires. Les tensions harmoniques augmententaussi la valeur crte de la tension, ce qui entrane un vieillissement acclr descondensateurs.
n Exempleo tension fondamentale : U1,o tensions harmoniques :- u5 = 8 %,- u7 = 5 %,- u11 = 3 %,
- u13 = 1 %,(THDu = 10 %).
I U C
I U C u I
I U C u I
I U C u I
I U C u I
I I
I
Iu u u u
rms h
rms
1 1
5 5 5 1
7 7 7 1
11 11 11 1
13 13 13 1
2
1
5
2
7
2
11
2
13
2
5 5
7 7
11 11
13 13
1 5 7 11 13 119
=
= =
= =
= =
= =
=
= + + + + =
. .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
( . ) ( . ) ( . ) ( . ) ,
Il en rsulte donc une surcharge de prs de 20 % par rapport un fonctionnementsous tension parfaitement sinusodale.
Les condensateurs de type standard peuvent supporter une surcharge en courantde 30 % (pour supporter leffet cumul des harmoniques et des fluctuations detension).
En cas de forte distorsion harmonique, on doit utiliser des condensateurs de type H,pouvant supporter 1,43 In.
2.3.2. Surcharge des filtres d'harmoniques
Lobjectif dun filtre d'harmoniques est de driver les courants harmoniques dansun circuit de faible impdance, afin quils ne circulent pas dans le rseau
dalimentation. Ce principe est illustr sur la figure suivante :
Gnrateurd'harmoniques
Filtre Chargelinaire
I har
E58759
Figure 19 - Schma simplifi d'une installation avec filtre d'harmoniques
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E58760
Dans le cas o le rseau dalimentation prsente une distorsion prexistante (due des charges gnratrices dharmoniques raccordes en amont de linstallation),il existe un risque de surcharge du filtre, comme illustr sur la figure suivante :
Figure 20- Risque de surcharge d'un filtre d'harmoniques
La distorsion de tension prexistante doit tre prise en compte pour ledimensionnement des filtres d'harmoniques.
Les quipements de filtrage d'harmoniques sont systmatiquement quips duneprotection en surcharge.
Gnrateurd'harmoniques
Filtre Chargelinaire
I har
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Choix des protections
En
bref
3.1 Courant denclenchement
On a vu prcdemment que la valeur du courant crte lenclenchement dunebatterie de condensateurs pouvait tre trs leve, surtout pour une batterieautomatique en gradins. Dans la pratique, les batteries automatiques de
condensateurs basse tension de Rectiphase sont quipes de contacteurs avecune rsistance de limitation du courant denclenchement.
Cette rsistance permet :
n de ne pas atteindre le courant maximal crte admissible par les batteries decondensateurs,
n de ne pas atteindre le courant denclenchement maximal admissible par lesappareils de coupure (contacteur, disjoncteur ou interrupteur),
n daugmenter la dure de vie des contacteurs.
3.2 Dimensionnement thermique desmatriels (appareils de coupure et cbles)
Les variations admissibles de la valeur de la tension fondamentale et descomposantes harmoniques peuvent conduire une majoration du courant dans lescondensateurs de 30 45 %.
Les variations dues aux tolrances sur la capacit des condensateurs peuventconduire une majoration supplmentaire de 15 % (suivant norme NFC 15-104).Dans le cas des condensateurs Rectiphase, cette majoration supplmentaire estramene 5 %.
Leffet cumul des deux phnomnes fait que les matriels doivent tredimensionns pour un courant de :
n 1,3 x 1,15 = 1,5 fois le courant nominal des batteries de condensateurs engnral,
n 1,3 x 1,05 = 1,36 fois le courant nominal dans le cas de batteries decondensateurs Rectiphase de type standard ou protges par inductances (typeSAH).
n 1,45 x 1,05 = 1,5 fois le courant nominal dans le cas de batteries de
condensateurs Rectiphase renforces (type H).
3.3 Choix et calibrage des protections pourbatterie de condensateurs Rectiphase
La protection des condensateurs basse tension peut tre ralise par fusible oudisjoncteur.
n Protection par disjoncteurComme indiqu prcdemment, le calibre doit tre suprieur 1,36x I
ncapa, le seuil
thermique peut tre rgl 1,36x Incapa
.
La protection doit tre sensible la valeur efficace du courant (incluant lesharmoniques).
Le seuil de dclenchement instantan doit tre rgl 10x Incapa
.
Le choix et le calibrage des
protections tiennent compte de
diffrentes contraintes :
n courant d'enclenchement,
n composantes harmoniques,
n variations de tension rseau,
n dispersion de fabrication.
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Fusiblede la batterie
Fusibled'un gradin
n Type de dclencheur
Les dclencheurs de type magnto-thermique conviennent lapplication.
Dans le cas dutilisation de dclencheurs lectroniques, le seuil de dclenchement"court retard" doit tre fix 10 fois le courant de rglage Ir, afin dautoriser lepassage de la pointe de courant denclenchement.
n Coordination des disjoncteurs avec les quipements de compensationDans le cas de protection dune batterie de compensation par un disjoncteurlimiteur, il nest pas ncessaire de dimensionner la batterie pour le mme courant decourt-circuit que linstallation. (se reporter aux courbes de limitation des
disjoncteurs Compact et Masterpact).
n Utilisation de dispositifs diffrentiels rsiduels (DDR)A lenclenchement dune batterie de condensateurs, les 3 courants de phases nesont pas quilibrs, mme si la somme de ces 3 courants est nulle. Ces courants
sont de valeurs leves. Il faut donc veiller centrer au mieux gomtriquement letore de mesure sur les 3 cbles, afin dviter quune dissymtrie ne provoque unedtection de courant parasite et un dclenchement intempestif.
n Protection par fusible
o cas dune batterie fixe :
Pour ne pas avoir de risque de fusion des fusibles aprs un grand nombredenclenchements, le calibre doit tre suprieur 1,6x I
ncapa.
o cas dune batterie en gradins :
E58761
Figure 21 - Protection par fusibles d'une batterie en gradins
Le calibre du fusible de chaque gradin doit tre suprieur 1,6x Incapa
(Incapa
: courant nominal dun gradin).
Le calibre du fusible de la batterie doit tre suprieur 1,4x Inbat
(Inbat
: courant nominal de la batterie).
On peut remarquer que le coefficient de majoration du calibre du fusible de labatterie est 1,4 au lieu de 1,6 car les gradins ne sont pas enclenchssimultanment.
Les fusibles doivent tre du type gL. Compte tenu du surcalibrage, ceux-ci ne
peuvent assurer la protection contre les surcharges.
Bien que les lments de condensateurs soient quips de dispositifs deprotection contre les dfauts internes, les platines quipes Rectiphase sont parprcaution gnralement quipes de fusibles et occasionnellement dedisjoncteurs.
Les batteries de compensation automatique peuvent tre en option quipes dundisjoncteur gnral.
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o cas des condensateurs avec selfs anti-harmoniques et filtres
Le calibre des fusibles est choisi en fonction du courant efficace nominal (tenant
compte des harmoniques).
Rappel : le courant efficace est ......22
1+++= ieff III
avec
- I1: valeur du courant 50 Hz (ou 60 Hz),
- Ii : valeur du courant harmonique de rang i.
Le calibre du fusible de chaque gradin doit tre suprieur 1,4x Iecapa
(Iecapa
: courant efficace nominal dun gradin).
Le calibre du fusible de la batterie doit tre suprieur 1,2x Iebat
(Iebat
: courant efficace nominal de la batterie).
On peut remarquer que les coefficients de majoration des calibres des fusibles
sont infrieurs au cas o il ny a pas de self anti-harmoniques ou de filtres. Eneffet, ces inductances limitent le courant denclenchement.
n Protection des cblesLes cbles dalimentation doivent tre dimensionns de la mme manire que les
dispositifs de commande et de protection, cest--dire pour une valeur de 1,36 foisle courant nominal de la batterie.
Il devront galement tre protgs contre les courts-circuits pouvant survenir dansle cblage ou en cas de dfaillance des condensateurs.
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Notes
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Applic
ations
Compensation de moteurs asynchrones p 22
Compensation de transformateurs p 23
Section des cbles p 24
Choix des protections p 25
Complments techniques
E54600
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22
M
de moteurs asynchrones
Le cos des moteurs est en gnral trsmauvais vide ainsi qu faible charge etfaible en marche normale. Il est donc utiledinstaller des condensateurs pour ce typede rcepteurs.
Le tableau ci-dessous donne, titre
indicatif, les valeurs de la puissance desbatteries de condensateurs en kvar installer en fonction de la puissance desmoteurs.
E62577
puissance nominale puissance (en kvar) installerdes moteurs nombre de paires de ples
kW CV 1 2 3 422 30 6 8 9 10
30 40 7,5 10 11 12,5
37 50 9 11 12,5 16
45 60 11 13 14 17
55 75 13 17 18 21
75 100 17 22 25 28
90 125 20 25 27 30
110 150 24 29 33 37
132 180 31 36 38 43
160 218 35 41 44 52
200 274 43 47 53 61
250 240 52 57 63 71
280 380 57 63 70 79
355 482 67 76 86 98
400 544 78 82 97 106
450 610 87 93 107 117
Contraintes de lacompensation de moteursasynchrones
Lorsquun moteur entrane une charge degrande inertie il peut, aprs coupure de latension dalimentation, continuer tourneren utilisant son nergie cintique et treauto-excit par une batterie de
condensateurs monte ses bornes.Ceux-ci lui fournissent lnergie ractivencessaire son fonctionnement engnratrice asynchrone. Cette auto-excitation provoque un maintien de la
tension et parfois des surtensions leves.
Cas du montage des condensateursaux bornes du moteurPour viter des surtensions dangereuses
dues au phnomne dauto-excitation, ilfaut sassurer que la puissance de labatterie vrifie la relation suivante :Qc 0,93 Un IoIo : courant vide du moteur
Io peut tre estim par lexpressionsuivante :lo = 2In (l - cos
n)
In : valeur du courant nominal du moteurcosn : cosdu moteur la puissance nominale
Un : tension compose nominale
Montage des condensateurs aux bornes du moteur
E62578
Montage des condensateurs en parallleavec commande spare
Cas du montage des condensateursen parallle avec commande sparePour viter les surtensions dangereusespar auto-excitation ou bien dans le cas ole moteur dmarre laide dun appareillagespcial (rsistances, inductances,
autotransfommateurs), les condensateursne seront enclenchs quaprs ledmarrage.De mme, les condensateurs doivent tredconnects avant la mise hors tension du
moteur.On peut dans ce cas compenser totalementla puissance ractive du moteur pleine
charge.Attention, dans le cas o lon aurait
plusieurs batteries de ce type dans lemme rseau, il convient de prvoir desinductances de chocs, une limitation descourants denclenchement par insertion dersistance.
M
inductance
de choc ventuelle
89331
-
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de transformateurs
Un transfommateur consomme une
puissance ractive qui peut tre dtermineapproximativement en ajoutant :b une partie fixe qui dpend du courantmagntisant vide Io : Qo = 3Un Iob une partie approximativement
proportionnelle au carr de la puissanceapparente quil transite : Q = Ucc S2/S
n
Ucc : tension de court-circuit du transformateuren p.u.
S : puissance apparente transite par letransformateurSn : puissance apparente nominale dutransformateur
Un : tension compose nominale.
La puissance ractive totale consomme
par le transfommateur est : Qt = Qo + Q.Si cette compensation est individuelle, ellepeut se raliser aux bornes mmes dutransformateur.Si cette compensation est effectue avec
celle des rcepteurs dune manire globalesur le jeu de barres du tableau principal,
elle peut tre de type fixe condition que lapuissance totale ne dpasse pas 15 % dela puissance nominale du transformateur
(sinon utiliser des batteries rgulationautomatiques).Les valeurs de la compensation individuellepropre au transformateur, fonction de lapuissance nominale du transformateur, sont
indiques dans le tableau ci dessous.
puissance puissance ractiveen kVA compenser en kvar(400 V) vide en charge
100 2,5 6,1
160 3,7 9,6
250 5,3 14,7
315 6,3 18,4400 7,6 22,9
500 9,5 28,7
630 11,3 35,7
800 20 54,5
1000 23,9 72,4
1250 27,4 94,5
1600 31,9 126,2
2000 37,8 176
052304
-
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Les variations admissibles de la valeur de
la tension fondamentale et descomposantes harmoniques peuventconduire une majoration du courant de30 %.Les variations dues aux tolrances sur les
condensateurs peuvent conduire unemajoration du courant de 15 % ; dans le
cas des condensateurs Rectiphase, cettetolrance est de 5 %.En consquence, les cbles dalimentation
ainsi que les dispositifs de commande etprotection de ces batteries doiventgalement tre surdimensionns pour unevaleur de 1,3 x 1,15 = 1,5 In et seulementpour une valeur de 1,3 x 1,05 = 1,36 In
dans le cas de condensateurs Rectiphase.Le tableau ci-contre indique, pour unepuissance de batterie de condensateursdonne : la section minimale du cbledalimentation.
Dans le cas dutilisation de condensateursautres que des condensateurs Rectiphase,slectionner le calibre immdiatement
suprieur celui indiqu dans le tableau.
Section des cbles de raccordementdes batteries de condensateurs demoyennes et grandes puissances (1)(cbles U 1000 RO2V)
puissance section sectionde la batterie cuivre alu(kvar) (mm2) (mm2)
230 V 400 V5 10 2,5 16
10 20 4 16
15 30 6 16
20 40 10 16
25 50 16 25
30 60 25 35
40 80 35 50
50 100 50 70
60 120 70 95
70 140 95 120
90-100 180 120 185
200 150 240
120 240 185 2 x 95
150 250 240 2 x 120
300 2 x 95 2 x 150
180-210 360 2 x 120 2 x 185
245 420 2 x 150 2 x 240280 480 2 x 185 2 x 300
315 540 2 x 240 3 x 185
350 600 2 x 300 3 x 240
385 660 3 x 150 3 x 240
420 720 3 x 185 3 x 300
(1)Section minimale ne tenant pas compte desfacteurs de correction ventuels (mode de pose,temprature...).Les calculs ont t effectus pour des cblesunipolaires poss lair libre 30 C.
Le dimensionnement des cbles doit
prendre en compte :s Les courants harmoniques + 30 %,s Les tolrances des condensateurs + 15 %ramenes 5 % pour les condensateursRectiphase soit au global 1,36 In pour les
condensateurs Rectiphase.
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Choix des protections
Compensation fixeRectibloc
puissance courant disjoncteur Ir (A) type(kvar) nominal (A) ralisation
10 15 NC100L 20 coffret
15 22 NC100L 30 coffret
20 29 NC100L 40 coffret
25 36 NS100N/H/L 50 structure
30 43 NS100N/H/L 60 structure
40 58 NS100N/H/L 80 structure
50 72 NS100N/H/L 100 structure
60 87 NS160N/H/L 120 structure
70 101 NS160N/H/L 140 structure
80 115 NS160N/H/L 160 structure
100 144 NS250N/H/L 200 structure
120 173 NS250N/H/L 240 structure
puissance courant disjoncteur Ir (A) type(kvar) (*) nominal (A) ralisation
7,5 11 NC100L 15 coffret
10 15 NC100L 20 coffret
15 22 NC100L 30 coffret
20 29 NS100N/H/L 40 structure
22,5 32 NS100N/H/L 45 structure
30 43 NS100N/H/L 60 structure
35 51 NS100N/H/L 70 structure
40 58 NS100N/H/L 80 structure
45 65 NS100N/H/L 90 structure52,5 76 NS160N/H/L 105 structure
60 87 NS160N/H/L 120 structure
70 101 NS160N/H/L 140 structure
80 115 NS250N/H/L 160 structure
90 130 NS250N/H/L 180 structure
105 152 NS250N/H/L 210 structure
(*) : puissance utile en 400 V.
Type HPour rseaux pollus (15 % < Gh/Sn 25 %)
puissance courant disjoncteur Ir (A) type(kvar) nominal (A) ralisation
25 36 NS100N/H/L 50 armoire
37,5 54 NS100N/H/L 75 armoire
50 72 NS100N/H/L 100 armoire
75 108 NS160N/H/L 150 armoire100 144 NS250N/H/L 200 armoire
125 180 NS250N/H/L 250 armoire
150 217 NS400N/H/L 300 armoire
Type SAH
Pour rseaux fortement pollus (15 % < Gh/Sn 60 %)
Tension rseau 400/415 V
Type standardPour rseau peu pollus (Gh/Sn
15 %)
Coffret
046214
Structure
052291
057489
Ensemble constitu decondensateurs Varplus M encoffret ou monts dos dos surune structure en tle peinte etprotg par un disjoncteur intgr.Il existe en diffrents types enfonction du niveau de pollutionharmonique
Installationb coffret : fixation murale
b structure : au sol avec raccordement descbles de puissance par le bas.
Rectibloc type SAH
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Choix des protections(suite)
Les batteries Rectimat 2 sont desquipements de compensationautomatique qui se prsententsous la forme de coffret oudarmoire selon la puissance
056637
puissance batterie courant nominal disjoncteur Ir type(kvar) (A) (A) ralisation
30 43 NS100N/H/L 60 coffret 1
45 65 NS100N/H/L 90 coffret 1
60 87 NS160N/H/L 120 coffret 2
75 108 NS160N/H/L 150 coffret 2
90 130 NS250N/H/L 180 armoire 1
105 152 NS250N/H/L 205 armoire 1
120 173 NS250N/H/L 235 armoire 2
150 217 NS400N/H/L 300 armoire 1
180 260 NS400N/H/L 350 armoire 1
210 303 NS630N/H/L 415 armoire 2
240 346 NS630N/H/L 470 armoire 3
270 390 NS630N/H/L 530 armoire 3315 455 NS630N/H/L 620 armoire 3
360 520 C801N/H/L 710 armoire 3
405 585 C801N/H/L 800 armoire 3
450 650 C1001N/H/L 885 armoire 3
495 714 C1001N/H 975 armoire 4
540 779 C1251N/H 1060 armoire 4
585 844 C1251N/H 1150 armoire 4
630 909 C1251N/H 1240 armoire 4
675 974 CM1600N/H 1325 armoire 4
720 1039 CM1600N/H 1415 armoire 4
765 1104 CM1600N/H 1500 armoire 4
810 1169 CM1600N/H 1600 armoire 4
855 1234 CM2000N/H 1680 armoire 4
900 1299 CM2000N/H 1770 armoire 4
Tension rseau 400 VRectimat 2
Type standardPour rseau peu pollus (Gh/Sn
15 %)
Rectimat 2 coffret 1
Rectimat 2 armoire1
Rectimat 2 armoire 3
056639
056643
Type HPour rseaux pollus (15 % < Gh/Sn 25 %)
puissance batterie courant nominal disjoncteur Ir type(kvar) (A) (A) ralisation
30 43 NS100N/H/L 65 coffret 2
45 65 NS100N/H/L 100 coffret 2
50 72 NS160N/H/L 110 coffret 2
80 115 NS250N/H/L 175 armoire 2
100 144 NS250N/H/L 220 armoire 1
120 173 NS400N/H/L 260 armoire 1
160 231 NS400N/H/L 345 armoire 2
180 260 NS630N/H/L 390 armoire 2
210 303 NS630N/H/L 455 armoire 2
245 354 NS630N/H/L 530 armoire 3
280 404 NS630N/H/L 610 armoire 3
315 455 C801N/H/L 685 armoire 3350 505 C801N/H/L 760 armoire 3
420 606 C1001N/H/L 910 armoire 4
455 657 C1001N/H/L 985 armoire 4
525 758 C1251N/H/L 1140 armoire 4
560 808 C1251N/H/L 1215 armoire 4
630 909 CM1600N/H 1370 armoire 4
700 1010 CM1600N/H 1520 armoire 4
Compensation automatiqueRectimat 2
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380 V
Icc = 25 kA
40 kvar
Rseau triphas 400 VIcc = 25 kA au niveau du jeu de barres.Soit une batterie de condensateursRectibloc type H de 40 kvar installer auniveau dune armoire alimentant un atelier.Dterminer la section minimale du cbledalimentation et le calibre du disjoncteur deprotection :b le tableau page 24 prconise une sectionminimale de 10 mm2 cuivre ou 16 mm2 alub le tableau page 26 indique plusieurspossibilits pour le disjoncteur de
protection.Pour une intensit de court-circuit de 25 kA,il y a lieu dinstaller un NS100N(Pdc = 25 kA) quip dun dclencheurmagnthothermique TM80D ou lectroniqueSTR22SE 100 A.
E62579
Choix des protections(suite)
Type SAH
Pour rseaux fortement pollus (15 % < Gh/Sn 60 %)056641
Rectimat 2 armoire 3
056643
Rectimat 2 armoire 2
puissance batterie courant nominal disjoncteur Ir type(kvar) (A) (A) ralisation
25 36 NS100N/H/L 50 armoire 2
37,5 54 NS100N/H/L 75 armoire 2
50 72 NS100N/H/L 100 armoire 2
62,5 90 NS160N/H/L 125 armoire 2
75 108 NS160N/H/L 150 armoire 2
100 144 NS250N/H/L 200 armoire 2
125 180 NS250N/H/L 250 armoire 3
150 217 NS400N/H/L 300 armoire 3
175 253 NS400N/H/L 350 armoire 3
200 289 NS400N/H/L 400 armoire 3
250 361 NS630N/H/L 490 armoire 3
300 433 NS630N/H/L 590 armoire 4
350 505 C801N/H/L 690 armoire 4
400 577 C1801N/H/L 785 armoire 4
450 650 C1001N/H/L 885 armoire 4500 722 C1001N/H/L 980 armoire 4
Exemple
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(suite)
Compensation automatiqueTurbovar (tarif jaune)
puissance courant disjoncteur Ir (A) modle(kvar) nominal (A)
10 15 C60 20 TJ50
20 29 C60 40 TJ75
30 43 NC100N/H/L 60 TJ100
37,5 54 NC100N/H/L 75 TJ125
50 72 NS100N/H/L 100 TJ150
60 87 NS160N/H/L 120 TJ175
72,5 105 NS160N/H/L 145 TJ20085 123 NS250N/H/L 170 TJ250
Turbovar est un quipement constitu :b de condensateurs :
v de type autocicatrisants
v protgs par un systme HQ(surpresseur associ un fusible HPC)mettant hors circuit le condensateur en casde dfaut interne.
b dun contacteur spcifique pour limiter les
courants denclenchementb dun relais dintensit qui enclencheTurbovar au-del dune certaineconsommation
b dune enveloppe mtallique peinte.
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