Placer des condensateurs de compensation

Le principe de la compensation

Si la consommation d’énergie réactive est anormalement élevée, on soupçonnera la présence d’équipements à forte composante inductive : moteurs électriques, vieux ballasts électro-magnétiques de tubes fluorescents, …

Dans ce cas, le courant consommé est en retard par rapport à la tension. On parle d’un déphasage d’un angle phi.

 φ

On compense ce déphasage en adjoignant à l’installation une batterie de condensateurs.

Curieusement, le fait d’ajouter un équipement (et donc de générer un courant supplémentaire) entraîne une diminution du courant total demandé au réseau !

En fait, les composantes réactives des courants (inductives et capacitives) se sont compensées…

Voici l’impact du cos phi sur la section des câbles

Valeur du cos phi

Section du câble triphasé pour transporter 15 kW + protection par disjoncteur

1 2,5 mm²
0,8 4 mm²
0,6 6 mm²
0,4 10 mm²

Placement d’une batterie de compensation

Photo batterie de compensation.

Un dimensionnement correct des batteries de condensateurs est très important. En effet, trop faible, le résultat est insuffisant, mais inversement une surcompensation se traduira par un renvoi d’énergie réactive capacitive vers le réseau qui sera également comptabilisée et facturée.

Une compensation individuelle ou globale ?

La compensation peut s’effectuer de différentes manières :

1°  Compensation individuelle

Sur chaque consommateur important, on prévoit un condensateur raccordé en parallèle. Il sera mis sous tension uniquement si l’appareil fonctionne.

 

Cette solution, bien que plus chère, est techniquement préférable. En effet, elle permet :

  • De réduire le courant demandé par les équipements avec mauvais cos phi (moteurs, lampes fluo, …), et donc de “soulager” le cable qui raccorde ces équipements.
  • De réduire les pertes en lignes et les chutes de tension dans l’installation.
  • D’éviter la surcompensation puisque la batterie est mise hors tension en même temps que l’appareil (système auto-réglable).

On choisira donc cette solution lorsque le réseau intérieur est déjà fort chargé (déclenchements de disjoncteurs sur certaines lignes) ou lorsque l’équipement entraîne par lui-même une charge inductive importante et variable (moteur d’ascenseur, par exemple).

Exemples d’application.

  • Les pertes réactives à charge nulle des transformateurs sont souvent compensées individuellement par un condensateur de valeur fixe.
  • Les luminaires à tubes fluorescents peuvent être équipés d’usine d’un condensateur pour compenser l’effet inductif du ballast électromécanique. 

2°  Compensation centralisée

Photo compensation centralisée.

Vue d’une batterie automatique de condensateurs.

La compensation s’effectue d’une manière globale : les batteries de condensateurs sont raccordées en amont de l’installation du côté basse tension.

Elles peuvent être pourvues d’un système de gestion des condensateurs en cascade : en fonction de la consommation d’énergie réactive mesurée, le régulateur enclenche ou déclenche automatiquement les condensateurs de manière à maintenir le cos phi dans la plage souhaitée.

Inconvénient : si l’installation présente globalement un bon cos phi vu de l’extérieur, les lignes intérieures restent mal exploitées. Si des lignes sont surchargées, elles le resteront.

Cette solution est facile à installer, tant sur des nouvelles que sur des anciennes installations.

Il est également fréquent de combiner la présence d’une batterie fixe et d’une batterie à enclenchement automatique. La batterie fixe est déterminée de façon à ce qu’elle ne provoque aucune surcompensation, même pendant les périodes de faible consommation.

3° Compensation par groupes

Solution intermédiaire aux deux précédentes. Dans ce cas la compensation s’effectue à un niveau intermédiaire, par exemple au niveau des tableaux divisionnaires, et concerne les utilisateurs alimentés en aval des tableaux divisionnaires correspondants.

Quelle compensation dans le cas d’une nouvelle construction ?

Le risque est grand que le bureau d’études surdimensionne largement l’installation de compensation, puisqu’il va tabler sur une utilisation maximale (presque simultanée) de tous les équipements inductifs, par précaution.

Il vaut donc mieux :

  • N’installer d’origine que les condensateurs qui compensent individuellement
    • les pertes à vide des transformateurs,
    • les ascenseurs,
    • les ventilateurs du conditionnement d’air,
    • les compresseurs frigorifiques,
    • …
  • Prévoir l’emplacement d’une batterie de condensateurs dans le TGBT (tableau général basse tension), dès l’origine.
  • Décider après quelques mois de fonctionnement du meilleur choix de la batterie de condensateurs à installer, en fonction des kVArh/mois réellement enregistrés.

Les précautions à prendre

Auto excitation

  • Il faut éviter lors de la compensation de moteur les risques d’auto-excitation pouvant provoquer des surtensions.
  • Le choix de la batterie doit donc être fait en tenant compte des caractéristiques du matériel à compenser (cfr. fabricant).
  • La batterie de condensateurs doit avoir une puissance inférieure à la puissance nécessaire à l’auto-excitation du moteur. À défaut, il doit être prévu, dans l’appareillage de commande des condensateurs, une coupure évitant cette auto-excitation.

Harmoniques

  • Lors du placement d’une batterie de condensateurs, il faut effectuer une vérification de la présence d’harmoniques dans l’installation: celles-ci peuvent endommager les batteries de condensateurs et provoquer des surtensions dangereuses pour l’installation. Elles peuvent être à l’origine du “claquage des condensateurs”.
  • Les harmoniques sont présentes dans les systèmes utilisant des redresseurs. On en trouve dans les systèmes d’alimentation des salles informatiques, par exemple.

Puissance des pas de régulation

  • En fonction de la mesure du cos phi ou tg phi, on enclenche ou déclenche des éléments condensateurs dont la puissance en kVAr doit permettre de suivre au plus près l’évolution du cos phi souhaité.
  • Il faut choisir des pas de régulation suffisamment faibles de manière à éviter la sous ou sur-compensation.

Résistances de décharges

  • Des précautions seront également prises pour l’appareil de protection des batteries de condensateur car des courants transitoires importants apparaissent à l’enclenchement et au déclenchement des batteries.
  • Pour limiter ce phénomène, des résistances de décharge sont installées en parallèle sur la batterie de condensateurs :

Le prédimensionnement des condensateurs

Afin de prédéterminer l’importance des condensateurs à mettre en place dans une installation pour compenser la consommation réactive, vous pouvez vous référer au chapitre consacrée à cette thématique.

Après recherche du coût dans un catalogue, il sera dès lors possible de déterminer le temps de retour de l’investissement (généralement compris entre 6 mois et 1 an).