Guide Compensation Energie Reactive

8/9/2019 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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1

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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2


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3

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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4

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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5

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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6

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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7

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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9

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.


11/30

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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11

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


13/30

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.


14/30

13

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



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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14



Chargelinaire

I har


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


16/30

15

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 :


Filtre Chargelinaire

I har

E58759

Figure 19 - Schma simplifi d'une installation avec filtre d'harmoniques


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16

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.


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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18

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.


20/30

19

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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20

Notes


22/3021

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


23/30

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


24/30

23

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


25/30

24

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.


26/30

25

Choix des protections

Compensation fixeRectibloc

puissance courant disjoncteur Ir (A) type(kvar) nominal (A) ralisation

10 15 NC100L 20 coffret



25 36 NS100N/H/L 50 structure









puissance courant disjoncteur Ir (A) type(kvar) (*) nominal (A) ralisation

7,5 11 NC100L 15 coffret




22,5 32 NS100N/H/L 45 structure




45 65 NS100N/H/L 90 structure52,5 76 NS160N/H/L 105 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


75 108 NS160N/H/L 150 armoire100 144 NS250N/H/L 200 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


27/3026

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



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 %)





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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27

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


056643



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


29/30

28

(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.


30/30

En raison de lvolution des normes et du matriel, les caractristiques indiques par le texte

et les images de ce document ne nous engagent quaprs confirmation par nos services.Schneider Electric Industries SA

5, rue Nadar

92506 Rueil Malmaison

Cedex France

Tel : +33 (0)1 41 29 82 00

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-2

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