NÂ°19 - MinistÃ¨re de l'Ã©nergie et des mines

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M a i n t e n a n c e i n d u s t r i e l l e Optimisation des réseaux électriques Amélioration du facteur de puissance Depuis son apparition, l’énergie électrique est devenue de plus en plus indispensable et son usage ne cesse de se développer, surtout dans le domaine industriel. Elle se présente sous deux formes : active et réactive. La première est reconnue comme utile, l’autre apparaît comme une puissance parasite dont la circulation sur le réseau provoque des phénomènes indésirables qui font diminuer ou affaiblir ce qu’on appelle «le facteur de puissance». Ahmed NINI Ingénieur électricien Direction maintenance Définitions L’énergie active et l’énergie réactive correspondent re s p e c t i vement aux puissances active et réactive. * La puissance active P est la puissance électri q u e utilisable et susceptible d’être transformée en travail (puissance mécanique) ou en chaleur (pert e s ) . Elle se mesure en Watt (W). * La puissance réactive Q est la puissance nécess a i re pour générer des champs magnétiques dans un circuit électri q u e . Au t rement dit, elle sert à l’alimentation des circuits magnétiques des machines é l e c t riques, ce qui explique son utilité pour leur fo n c t i o n n e m e n t .Elle se mesure en Volt Ampère réactive (VAR). * La puissance apparente S (ou puissance appelée) est le produit de la tension aux bornes d’un app a reil électrique par l’intensité du courant qui le t rave rs e . Elle représente la puissance totale fo u rn i e par le réseau ou la somme ve c t o rielle des puissances actives et réactive s . Elle se mesure en Vo l t Ampère (VA). Facteur de puissance Le facteur de puissance est défini comme étant le ra p p o rt P/S et représente la puissance active consommée par rapport à la puissance totale (app a rente) fo u rn i e . Il est désigné par la cosinus de l’angle ϕ qui représente le déphasage entre les deux puissances (ou entre la tension et l’intensité) : -90° ϕ ≤ +90° ⇒ 0 ≤ Cos ϕ ≤ +1 Ce facteur peut être déduit du rapport donnant la valeur moyenne de la tangente de l’angle ϕ t e l que Tgϕ est le ra p p o rt de l’énergie réactive consommée pendant un temps déterminé sur l’énergie active consommée pendant la même période (Q/P). T gϕ et Cosϕ sont toujours inve rs e- ment proportionnels. 1. ELEMENTS AGISSANTS Ils dépendent essentiellement des fa c t e u rs suivants : Pour les machines électriques (moteurs, tra n s- formateurs de puissance, etc.) : - Cara c t é ristiques de la construction (puissance nominale, qualité de construction, vitesse du moteur, etc.). - Conditions d’emploi et d’utilisation (la charge, la tension et la fréquence d’alimentation, consommation propre d’énergie réactive, etc.). Pour les lignes de transport : - Section des conducteurs. - Etat du réseau et des récepteurs. 2. PROBLEME DES FAIBLES VALEURS La faiblesse du Cosϕ dans les installations industrielles est due principalement à : - la consommation ex agérée de l’énergie réactive ; - la marche à vide ou à fa i ble ch a rge (fréquemment) des machines électriques; - les appareils défectueux (moteurs grillés, etc.). Les inconvénients de ce pro blème sont aussi graves au plan technique qu’au plan économique. 2.1 Inconvénients techniques - Un courant plus intense dans les lignes, les c â bles d’alimentation et les enroulements des tra n s- formateurs, ce qui entraîne des pertes supplément a i res d’énergie active dues à l’effet de Jo u l e . - Une augmentation de la chute de tension dans le réseau. - Une diminution de la puissance tra n s p o rtée par les lignes. 32 ➢ MD-Média n° 19
M a i n t e n a n c e i n d u s t r i e l l e - Une réduction de la capacité de tra n s p o rt due à une augmentation de la puissance souscrite en KVA. - Un surdimensionnement des installations électriques des transformateurs. - Un mauvais rendement des équipements. la facturation de la surconsommation de l’énergie réactive (pénalité). Dans le cas contra i re, une bonification est accordée au consommateur. 4. MOYENS D’AMELIORATION L’ a m é l i o ration du facteur de puissance peut être effe c- tuée soit directement en agissant sur les causes, soit indirectement en agissant sur les facteurs physiques. 4.1 Actions directes ou naturelles - Choix correct du type, de la puissance et des cara c t é- ristiques des machines. - Remplacement des appareils fonctionnant à fa i bl e s charges par d’autres moins puissants. - Limitation de la durée de marche à vide des appareils (temps de pose des moteurs asynch rones doit ê t re ≤ 10 min.). - Abaissement de la tension du moteur asynchrone fonctionnant à fa i ble ch a rge par la commutation des enro u l e- ments statoriques de triangle en étoile. Ces moyens sont intéressants mais généralement ils sont insuffisants. 4.2 Actions indirectes ou artificielles Celles-ci consistent à diminuer Tgϕ, soit par l’augmentation de l’énergie active, soit par la diminution de l’énergie réactive. a) L’augmentation de l’énergie active consiste à installer, par exemple, un appareil électrothermique à résistance ou même un moteur supplémentaire absorbant une puissance active. Néanmoins, le courant reste élevé puisque la puissance apparente augmente, ce qui peut engendrer plusieurs problèmes dus à la consommation ex c e s s i ve, surtout la surch age des tra n s fo rm a t e u rs . De plus, l’augmentation de l’énergie active pour l’amélioration de Cosϕ est un moyen très compliqué. 2.2 Inconvénients économiques Des dépenses supplémentaires dues à : * L’utilisation d’un équipement plus puissant (tra n s fo r- m a t e u rs, appare i l l age, etc.) et des conducteurs d’une sélection plus grande par le pro d u c t e u r, le distributeur et l’utilisateur. * La fa c t u ration de la surconsommation de l’énergie réactive pour l’utisateur. * Une augmentation de la puissance souscri t e . * Une réduction de la capacité de production (turbines utilisées au-dessous de la charge maximum). 3. EXIGENCES A fin d’éviter les effets néfastes et les mauvaises répercussions d’un fa i ble Cosϕ, Sonelgaz, comme toute autre compagnie d’électricité dans le monde, oblige l’utilisateur à améliorer le facteur de puissance de son installation. Elle exige une limite fixe et précise déterminée par Tgϕ = 0,5 (ce qui correspond à Cosϕ = 0,894). Ainsi, Sonelgaz exige b) La diminution de l’énergie absorbée consiste à fournir de l’énergie réactive en chaque point nécessitant sa comp e n s a t i o n . C’est ce qui est appelé «compensation de l’énergie réactive». C’est le moyen le plus efficace. Dispositifs de compensation de l’énergie réactive 1. COMPENSATIONS SYNCHRONES Ce sont des moteurs synch rones, sans couple résistant ➤ MD-Média n° 19 ➢33
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