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DOCUMENTATION TECHNIQUE Lénergie réactive Définitions et rappels essentiels.

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1 DOCUMENTATION TECHNIQUE Lénergie réactive Définitions et rappels essentiels

2 Energie active, réactive, apparente Energie active, réactive, apparente Toute machine électrique utilisant le courant alternatif (moteur, transformateur) met en jeu deux formes dénergie : lénergie active et lénergie réactive. Lénergie active consommée (kWh) résulte de la puissance active P(kW) des récepteurs. Elle se transforme intégralement en puissance mécanique (travail) et en chaleur (pertes). Lénergie réactive consommée (kvarh) sert essentiellement à lalimentation des circuits magnétiques des machines électriques. Lénergie apparente (kVAh) est la somme vectorielle des deux énergie précédentes. Elle correspond à la puissance apparente S(kVA) des récepteurs, somme vectorielle de P(kW) et Q(kvar). Composantes active et réactive du courant Composantes active et réactive du courant A chacune des énergie active et réactive, correspond un courant. Le courant actif (la) est en phase avec Figure 1 la tension du réseau. Le courant réactif (Ir) est déphasé de 90° par rapport au courant actif, soit un retard (récepteurs inductif), soit en avance (récepteurs capacitif). Le courant apparent (It) est le courant résultant qui parcours la ligne depuis la source jusquau récepteur. Si les courants sont It = Ia 2 + Ir 2 parfaitement sinusoïdaux, on peut utiliser la Ia = I.cos représentation de Fresnel. Ces courants se Ir = I.sin composent alors vectoriellement comme représenté à la figure 1 : Composantes active et réactive de la puissance Composantes active et réactive de la puissance Le diagramme précédent (figure 1) établi pour les Courants est aussi valable pour les puissances, en Figure 2 Multipliant chacun des courants par la tension Commune U. on définit ainsi (figure 2) : La puissance apparente : S = UI (kVA) La puissance active : P = UI.cos (kW) La puissance réactive : Q = UI.sin (kvar) Ir Ia It P (kW) Q (kvar) S (kVA)

3 Composition vectorielle des puissances Composition vectorielle des puissances Citons les valeurs approximatives de cos des principaux actionneurs consommateurs dénergie réactive: Moteur asynchrone à 100 % de charge : cos = 0,85 Moteur asynchrone à 50% de charge : cos = 0,73 Lampes à fluorescence : cos = 0,5 Chauffage par indiction : cos = 0,5 Ces quelques exemples montrent limpact énorme de la partie réactive de la consommation énergétique des actionneurs qui comportent des circuits magnétiques : y remédier est une des problématiques de base de tout concepteur et installateur de produits et équipements électrique. Facteur de puissance : Facteur de puissance : Le facteur de puissance est égal par définition à : PPuissance_active_(kW) FP = = SPuissance_apparente_(kVA) Si les courants et tensions sont des signaux parfaitement sinusoïdaux, le facteur, de puissance est égal à cos. On utilise également la variable tg. Dans les même conditions, nous avons la relation : QPuissance_réactive_(kvar) Tg Waénergie_active_consommée_(kWh) Lobjectif de la compensation dénergie réactive est de réduire le courant appelé sur le réseau. Lénergie réactive est fournie par des condensateurs, au plus près des charges inductives. Sur une période de temps donnée, nous avons également : Wrénergie_réactive_consommée_(k var h) Tg Waénergie_active_consommée_(kWh) La circulation de lénergie réactive a des incidences techniques et économiques importantes.

4 En effet, pour une même puissance active P, la figure suivante montre quil faut fournir dautant plus de puissance apparente, et donc de courant, que la puissance réactive est importante Figure 3 : Ainsi, du fait dun courant appelé plus important, la circulation de lénergie réactive sur les réseaux de distribution entraîne : des surcharges au niveau des transformateurs, léchauffement des câbles alimentations, des pertes supplémentaires, des chutes de tension importantes. Pour des raison évoquées, il est nécessaire de produire de lénergie réactive au plus près possible des charges, pour éviter quelle ne soit appelée sur le réseau. Cest ce quon appelle « compensation de lénergie réactive ». Pour inciter à cela et éviter de sur-calibrer son réseau, le distributeur dénergie pénalise financièrement les consommateurs dénergie réactive au-delà dun certain seuil. On utilise des condensateurs pour fournir lénergie réactive aux récepteurs inductifs. Pour réduire la puissance apparente absorbée au réseau de la valeur S2 à la valeur S1, on doit connecter une batterie de condensateurs fournissant lénergie réactive Qc (figure 4), telle que : Qc = P.(tg 2 - tg 1). 2 S1 (kVA) S2 (kVA) Q1 (kvar) P (kW) Q2 (kvar) P (kW) Qc (kvar) 2 S1 (kVA) S2 (kVA)

5 Compensation dénergie réactive en présence dharmoniques Compensation dénergie réactive en présence dharmoniques Les équipements faisant appel à lélectronique de puissance (variateurs de vitesse, redresseurs, onduleurs, etc), de plus en plus utilisés, sont responsables de la circulation de courants harmoniques dans les réseaux. Ces harmoniques perturbent le fonctionnement de nombreux dispositifs. En particulier, les condensateurs y sont extrêmement sensibles du fait que leur impédance décroit proportionnellement au rand des harmoniques présents. Dans certaines circonstances, des phénomènes de résonance peuvent se produire entraînant une forte distorsion de tension et la surcharge des condensateurs. Selon la puissance des générateurs dharmoniques présents, différents types de condensateurs doivent être chois, associés éventuellement à des inductances. Pour les valeurs élevées de puissance des générateurs dharmoniques, le traitement des harmoniques est en général nécessaire. Le dispositif approprié (filtre dharmonique) remplit à la fois les fonctions de compensation dénergie réactive et de filtrage des harmoniques. La problématique de lénergie réactive en milieu industriel La problématique de lénergie réactive en milieu industriel Dans lenvironnement industriel actuel, la prolifération des charges « déphasantes » sur les réseaux de distribution électrique entraîne une dégradation du facteur de puissance. Les principaux consommateurs dénergie réactive concernent : Les moteurs asynchrones ordinaires, Les lampes ballast magnétiques fluorescente ou à décharge, Les fours induction et arc, Les machines à souder. Les conséquences de cette énergie réactive sont nombreuses : Pénalités (en tarif vert) par le fournisseur délectricité, Augmentation de la puissance souscrite au fournisseur dénergie, des pertes Joules et des chutes de tension dans les circuits. Surcharge au niveau du transformateur et des câbles dalimentation, Surdimensionnement et précaution au niveau des protections, Dégradation de la qualité de linstallation électrique. Globalement limpact économique est donc très important. La solution à tous ces problèmes consiste à installer au niveau du transformateur (primaire ou secondaire) ou par atelier, des batteries de condensateurs qui vont neutraliser cette énergie réactive en sy opposant. Le retour dinvestissement est en général rapide dans une installation électrique industriel, de lordre de 1 à 3 ans. Pour les particuliers neutraliser cette énergie réactive assure des économies visible sur la facturation, après 3 à 6 12 mois suivant votre facturation.

6 La distribution de lénergie en France est assurée par EDF, sa politique tarifaire est guidée par trois principes : Lobligation de desserte. EDF doit, en permanence, satisfaire aux demandes des clients et assurer le service de lélectricité. L égalité de traitement. Tous les clients doivent, sils ont les mêmes caractéristiques, bénéficier des mêmes choix tarifaires. La facturation au prix de revient. Cest le coût de production de la dernière centrale appelée sur le réseau, qui est pris en compte lorsquil y a une augmentation de la demande. On appelle cette méthode « le coût marginal ». Les tarifs sont répartis par niveau de puissance, en trois grandes famille : Tarif bleu ( de 3 à 36 kVA) Tarif jaune (de 36 à 250 kVA) Tarif vert (au-delà de 250 kVA) Certaine option tarifaire proposent un découpage de lannée en période tarifaires, selon les heures et même les saisons. La facture comporte deux éléments principaux : le montant de labonnement (lié au niveau de puissance souscrit) le prix de lénergie consommée. Le Tarif vert est le seul qui facture directement lélectricité. Le tableau de comptage est équipé dun compteur spécifique dénergie réactive. Celle-ci peut donc être facilement identifié sur la facture délectricité. Pour les autres tarifs, Bleu et Jaune, le système de comptage ne permet pas de mesurer directement lénergie réactive, la puissance et souscrite en kVA. Est déterminée par un disjoncteur en Tarif Bleu ou un contrôleur en Tarif Jaune. Ces dispositifs limitent lintensité du courant et donc la puissance apparente. Pour disposer dune puissance utile (active) la plus proche possible de celle quil a souscrite, le client doit minimiser la puissance réactive de son installation. Lorsque les besoins de puissance dun client saccroissent, il peut aussi être confronté aux limites des tarifs (36kVA en tarif Bleu et 250 kVA en tarif Jaune) comme à celles de son installation. Ce qui entraînent généralement des investissements important (renforcement des câbles, changement de disjoncteur, remplacement du TGBT, etc).

7 Une bonne maîtrise de la composition de la puissance appelé permet alors de limiter les impacts économiques et passe, entre autres, par la compensation de lénergie réactive. Une forte consommation dénergie réactive chez lutilisateur nécessite de la part dEDF des installations dimensionnées plus largement, dont le coût grève celui de la fourniture délectricité. Les batteries de condensateurs compensent lénergie réactive consommée par les équipements électriques, ce qui permet de réduire une partie de la facture dénergie. Les bénéfices de la compensation sont doubles : dune part diminuer la facture énergétique, dautre part optimiser les installations. Du 1 er novembre et jusquau 31 mars, les abonnées au tarif Vert se voient facturer lénergie réactive consommé par leurs installations. Pour les abonnés au Tarif Jaune et bleu, linstallation dune batterie de condensateurs savère bénéfique : Soit diminuer le niveau de puissance souscrite, Soit pour accroître la puissance utile disponible en conservant le même niveau de puissance. Diminuer votre facture des consommations réactive de vos moteurs asynchrone, présent aussi dans lhabitat (machine à lavé, clim…etc). Finalement, quel que soit le contrat souscrit, pour des problèmes de facturation, de disponibilité de puissance ou de surcoût dinstallation. Il est important de minimiser la puissance réactive consommée.


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