Solutions de compensation d`énergie réactive et filtrage d

Moyenne Tension
Catalogue│2013
Solutions de compensation
d’énergie réactive et
filtrage d’harmoniques
Gestion de l'énergie
Comment améliorer réseau électrique et
efficacité énergétique ?
La qualité de l’énergie par
la compensation d’énergie
réactive et le filtrage
d’harmoniques
La plupart des distributeurs d’énergie ont leur propre politique de
facturation de l’énergie réactive.
Des pénalités financières s’appliquent lorsque le rapport entre puissance
active et puissance apparente sort de certaines limites.
• Les solutions de compensation d’énergie réactive permettent de
réguler la puissance réactive fournie.
Elles évitent les pénalités et diminuent la puissance apparente de
l’installation en kVA.
La facture énergétique est réduite de
5 à 10 %.
Les harmoniques exercent des contraintes sur le réseau électrique et
peuvent potentiellement endommager les équipements.
• Les solutions de filtrage augmentent significativement
leur durée de vie :
32 % pour les machines monophasées
>jusqu’à 18 % pour les machines triphasées
> et jusqu’à 5 % pour les transformateurs.
>jusqu’à
Solutions
1 mois
DE90070
de retour sur
investissement.
Batterie de
condensateurs
de 5 Mvar.
Economies attendues
sur un an : 12 M€ pour
1 M€ investis.
Portucel Paper Mill
au Portugal
9%
Avant
Après
9 M¤
Compensation d’énergie réactive
Toute machine électrique a besoin de
puissance active et de puissance réactive
pour fonctionner.
Le facteur de puissance permet de mesurer
le niveau d’énergie réactive demandé.
Si il est inférieur à une limite fixée par le
distributeur d’énergie, l’installation d’un
équipement de compensation permet
d’éviter le paiement de pénalités.
Cette solution, en améliorant le facteur de
puissance, réduit également
la demande en kVA.
Il en résulte une diminution de
5 à 10 % de la facture d’électricité,
un meilleur fonctionnement des équipements
ainsi qu’une augmentation de leur durée
de vie. En outre, la compensation d’énergie
réactive optimise le niveau de charge du
réseau électrique et améliore sa fiabilité.
Filtrage d’harmoniques
Les équipements comme les variateurs de
vitesse, convertisseurs, onduleurs, fours
à arc, transformateurs (à la mise sous
tension) et lampes à décharge génèrent des
courants harmoniques et une distorsion en
tension.
c’est la réduction
de notre consommation
d’énergie après
l’installation
de 10 batteries de
condensateurs.
Une facture d’électricité
optimisée de 8 %.
Une rentabilisation
en 2 ans.
Michelin - France
Ces harmoniques exercent des
contraintes sur le réseau, nécessitent un
surdimensionnement des câbles et
des transformateurs, provoquent des
interruptions d’alimentation et perturbent
les ordinateurs, les téléphones et autres
machines tournantes… tout en réduisant
fortement leur durée de vie.
d’économies,
un investissement
gagnant en 2 mois !
Réseau Ferré de
France (RFF)
1 an
70 batteries de
condensateurs
installées, une baisse de
10 % de la consommation, une optimisation de
la facture d’électricité de
18 %, une rentabilisation
en 1 an.
Aéroport de Madrid
Barajas – Espagne
5%
c’est la réduction de la
consommation effective
après la mise en
place de batteries de
condensateurs BT et
de filtres actifs .
Systèmes de transport
POMA OTIS –
Suisse
1
La compensation de l’énergie réactive
Diminuez
votre facture d’électricité,
en diminuant votre consommation d’énergie réactive.
Optimisez
la taille de votre installation
électrique,
en augmentant la puissance disponible et en réduisant
l’encombrement de vos équipements (transformateurs, câbles, …).
Améliorez
la qualité
de l’énergie et la longévité de vos équipements.
Contribuez
PE90086
à la préservation de l’environnement en réduisant les pertes dans
les réseaux de transport et de distribution.
2
Le filtrage d’harmoniques
Augmentez
la continuité de service
en éliminant les risques d’arrêts liés à des déclenchements
intempestifs.
Eliminez
les dysfonctionnements
de vos équipements électriques, en diminuant les échauffements,
en augmentant leur durée de vie jusqu’à 30 %.
Bénéficiez
des garanties apportées
par la normalisation,
PE90087
en anticipant les exigences des réglementations en cours
d’élaboration, en déployant des solutions respectueuses
de l’environnement.
3
La compensation de l’énergie réactive et
le filtrage des harmoniques en MT
Energie - Production
Fermes éoliennes
• Batteries de condensateurs MT
• Compensation dynamique MT
• Circuit bouchons
Energie - Transport
Poste électrique THT/HT
• Batteries condensateurs HT
• Filtres passifs HT
Industries
Postes électriques MT/MT
• Batteries de condensateurs MT
• Filtres passifs MT
• Compensation dynamique MT
• Parasurtenseurs
4
Energie - Production
Fermes solaires
• Compensation dynamique MT
• Circuits Bouchons
Energie - Distribution
Poste électrique MT/MT
• Batteries de condensateurs MT
• Filtres passifs MT
Infrastructures
Poste électrique MT/BT
• Batteries de condensateurs MT
5
PE90079
PE90077
PE90081
PE90075
PE90078
PE90080
PE90076
La compensation de l’énergie réactive et
le filtrage des harmoniques en MT
Pour définir les solutions à mettre en œuvre, il faut :
• avoir identifié et quantifié les problèmes à
résoudre (en général, par audit sur site),
• avoir analysé la criticité de l’installation et
validé les objectifs à atteindre.
Le tableau ci-dessous présente les solutions typiques proposées pour des installations dans différents
secteurs d’activité.
Activité
Batteries
fixes
Batteries
automatiques
Compensation
dynamique
Filtres
passifs
Parasurtenseurs
Circuits
bouchons
Energie
Transport
◼
Distribution
◼
◼
◼
◼
Eoliennes
Solaire
◼
◼
◼
◼
◼
Infrastructures
Eau
◼
Tunnels
◼
Aéroports
◼
Industrie
Papeterie
Chimie
◼
Plastique
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
◼
Verre-céramique
Sidérurgie
◼
◼
◼
Métallurgie
◼
◼
◼
◼
◼
◼
Cimenterie
◼
◼
◼
Mines-carrières
◼
◼
◼
Raffinerie
◼
◼
◼
Automobile
6
◼
Qualité & Environnement
Une qualité certifiée :
ISO 9001, ISO 9002 et IS0 14001
Un atout majeur
Dans chacune de ses unités,
Schneider Electric intègre une organisation
fonctionnelle dont la principale mission est
de vérifier la qualité et de veiller au respect
des normes.
Cette procédure est :
• homogène entre tous les services,
• reconnue par de nombreux clients et
organismes mandatés.
Mais c’est surtout son application stricte
qui a permis d’obtenir la reconnaissance
d’un organisme indépendant : l’Association
Française pour l’Assurance Qualité (AFAQ).
Le système de qualité, pour la conception
et la fabrication est certifié conforme aux
exigences du modèle d’assurance qualité
ISO 9001.
Des contrôles sévères et systématiques
Lors de sa fabrication, chaque équipement
subit des essais de routine systématiques,
dont le but est de vérifier la qualité
et la conformité :
• mesure des capacités et des tolérances
de fonctionnement,
• mesure des pertes,
• contrôle diélectrique,
• contrôle des systèmes de sécurité et de
verrouillages,
• contrôle des constituants basse tension,
• vérification de conformité aux plans et
schémas.
Les résultats obtenus sont consignés
et paraphés par le département contrôle
qualité sur le certificat d’essais propre à
chaque appareil.
ISO 900 1
ISO 9002
ISO 14001
10 %
Jusqu’à
d’économies sur votre
facture énergétique
Schneider Electric s’engage...
10 %
Jarylec*
31 %
PE56733
DE90098
à réduire la facture énergétique et les émissions de CO2 de ses clients en proposant des
produits, des solutions et des services qui s’intègrent à tous les niveaux de la chaîne de
valeur énergétique. L'offre compensation et filtrage d'harmoniques s’inscrit dans la
démarche d’efficacité énergétique.
Acier inox
Zinc
Résine Epoxy
24 %
Laiton
Papier, bois, carton
Cuivre étamé
2%
7%
1%
19 %
5%
1%
Décomposition matière d’un condensateur MT
Polypropylène (film)
Aluminium (film)
* Jarylec : liquide diélectrique
sans PCB, ni chlore, compatible
avec l’environnement
7
Une offre complète
L’offre compensation d’énergie réactive
et filtrage d’harmoniques fait partie d’une
offre complète de produits parfaitement
coordonnés pour répondre à l’ensemble des
besoins de distribution électrique moyenne
et basse tension.
Tous ces produits ont été conçus pour
fonctionner ensemble : cohérence
électrique, mécanique et communication.
Ainsi, l’installation électrique est à la fois
optimisée et plus performante :
• meilleure continuité de service,
• réduction des pertes,
• garantie d’évolutivité,
• surveillance et pilotage efficaces.
Vous disposez ainsi de tous les atouts en
terme de savoir-faire et créativité pour des
installations optimisées, sûres, évolutives
et conformes.
Des outils pour faciliter la
conception et la mise en œuvre
PE90088
Une nouvelle solution pour réaliser
vos installations électriques
Avec Schneider Electric, vous disposez
d’une panoplie complète d’outils qui vous
accompagnent dans la connaissance et la
mise en œuvre des produits et tout cela,
dans le respect des normes en vigueur et
des règles de l’art.
Ces outils, cahiers et guides techniques,
logiciels d’aide à la conception, stages de
formation... sont régulièrement actualisés.
Schneider Electric s’associe
à votre savoir-faire et à votre créativité pour des installations optimisées,
sûres, évolutives et conformes.
Parce que chaque
installation électrique
est un cas particulier,
la solution universelle
n’existe pas.
8
La variété des
combinaisons qui
vous est offerte vous
permet une véritable
personnalisation des
solutions techniques.
Vous pouvez exprimer
votre créativité et valoriser
votre savoir-faire dans la
conception, la réalisation
et l’exploitation d’une
installation électrique.
Compensation d’énergie
réactive et filtrage
d’harmoniques
Sommaire général
Batteries de condensateurs MT
11
Protections
39
Composants
47
Equipements spécifiques
61
Installation (plans, dimensions)
67
Services
71
Guide de sélection
75
Guide technique
81
9
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Batteries de condensateurs MT
Sommaire
Pourquoi compenser l’énergie réactive ? Choix du type de compensation
Choix de la localisation de la compensation
Choix du type de protection
Choix du mode de couplage
Panorama d’offre
Fonctions & caractéristiques générales
Batteries pour compensation moteur
12
13
14
15
16
18
20
22
Batteries pour compensation industrielle
26
Batteries pour compensation globale
30
Batteries pour réseaux de distribution et grands sites
32
Batterie fixe CP 214
Batterie fixe CP 214 SAH
Batterie automatique CP 253
Batterie automatique CP 253 SAH
Batterie fixe CP 227
22
24
26
28
30
Batterie automatique CP 254
32
Batteries pour réseaux de distribution
34
Batteries pour réseaux de transport et distribution
36
Batterie fixe CP 229
Batterie fixe CP 230
34
36
11
Batteries de
condensateurs
MT
Pourquoi compenser l’énergie réactive ?
Tout système électrique (câble, ligne, transformateur, moteur,
éclairage,…) met en jeu 2 formes d’énergie :
• L’énergie active consommée (kWh).
Elle se transforme intégralement en puissance mécanique, thermique ou
lumineuse. Elle correspond à la puissance active P (kW) des récepteurs.
C’est l’énergie “utile”.
• L’énergie réactive consommée (kvarh).
Elle sert à la magnétisation des moteurs et des transformateurs.
Elle correspond à la puissance réactive Q (kvar) des récepteurs.
Elle se traduit par le déphasage (ϕ) entre la tension et le courant.
C’est une énergie “nécessaire” mais ne produisant pas de travail.
DE90071
L’énergie réactive demandée par les charges est fournie par le réseau
électrique. Cette énergie doit être fournie en plus de l’énergie active.
Cette circulation de l’énergie réactive sur les réseaux électriques
entraîne du fait d’un courant appelé plus important :
• des chutes de tension supplémentaires,
• la surcharge des transformateurs,
• des échauffements dans les liaisons… et donc des pertes.
Energie active
Générateur
Energie réactive
Réseau de
Transport et
Distribution
Energie active
Energie réactive
Moteur
DE90071
Pour ces raisons, il est nécessaire de produire l’énergie réactive
au plus près possible des charges, pour éviter qu’elle ne soit appelée
sur le réseau et augmenter ainsi le rendement de l'installation !
C’est ce que l’on appelle “la compensation de l’énergie réactive”.
Le moyen le plus simple et le plus répandu pour générer de l’énergie
réactive est l’installation de condensateurs sur le réseau.
Energie active
Générateur
Réseau de
Transport et
Distribution
Energie active
Energie réactive
Moteur
Condensateurs
Compenser l’énergie réactive permet
d'augmenter la capacité de l’installation (transformateurs, câbles)
par la diminution des puissances transitées,
de réduire les pertes Joule,
de réduire les chutes de tension,
d'augmenter la durée de vie de l’installation par la réduction
des échauffements,
de diminuer la facture d’électricité.
12
Batteries de
condensateurs
MT
Choix du type de compensation
Une “batterie de condensateurs” est constituée généralement de plusieurs condensateurs unitaires
monophasés ou triphasés assemblés et interconnectés pour réaliser des ensembles
de puissance importante.
Les batteries de condensateurs sont en dérivation sur le réseau.
Elles peuvent être de type fixe ou automatique.
Batterie fixe
L’ensemble de la batterie est mis en service, avec une valeur fixée de kvar.
C’est un fonctionnement de type “tout ou rien”.
Ce type de compensation est utilisé:
• lorsque leur puissance réactive est faible (15 % de la puissance du transformateur en amont)
et la charge relativement stable,
• sur les réseaux de transport HT, THT pour des puissances pouvant atteindre 100 Mvar.
Batterie automatique
La batterie est fractionnée en “gradins” avec possibilité de mettre en service ou hors service
plus ou moins de gradins, de façon automatique. C’est un ajustement permanent à la demande de
puissance réactive, liée à la fluctuation des charges.
Ce type de batterie est très utilisé par certaines grosses industries (forte puissance installée)
et les distributeurs d’énergie dans les postes sources. Il permet une régulation pas à pas de
l’énergie réactive. Chaque gradin est manoeuvré avec un interrupteur ou contacteur.
L’enclenchement ou le déclenchement des gradins de condensateurs peut être piloté par
des régulateurs varmétriques. A cette fin, les informations courant et tension réseau doivent être
disponibles en amont des batteries et des récepteurs.
Le choix du type de batterie est fonction des harmoniques
La présence des récepteurs non linéaires (variateurs de vitesse, onduleurs,...) crée des courants
et des tensions harmoniques. L’équipement de compensation se choisit en fonction
de l’importance de la valeur de ces harmoniques :
• soit l’installation n’a pas d’harmoniques significatives et il n’y a pas de risque de résonance.
Dans ce cas on choisit une batterie adaptée aux réseaux avec un niveau d’harmoniques faible
(type standard).
• soit l’installation a un niveau significatif d’harmoniques et/ou il y a un risque de résonance.
On choisit alors une batterie équipée d’une Self Anti Harmonique (SAH), adaptée aux réseaux
avec un niveau d’harmoniques élevé.
13
Batteries de
condensateurs
MT
Choix de la localisation de la compensation
DE90072
Individuelle
La compensation individuelle est surtout conseillée lorsqu’un récepteur
de puissance supérieure à 300 kW est présent, et s’il demeure sous
tension pendant la majeure partie des heures de travail. C’est surtout
le cas des moteurs entraînant des machines de grande inertie:
centrifugeuses, compresseurs ou ventilateurs.
La manœuvre de l’interrupteur propre au récepteur provoque
alors automatiquement l’enclenchement ou le déclenchement du
condensateur. La production d’énergie réactive se fait directement à
l’endroit où elle est consommée.
Compensation individuelle
Pour toute la longueur du câble d’alimentation il en résulte une diminution
de la charge en courant réactif. La compensation individuelle contribue
donc de la manière la plus importante à la diminution des puissances
apparentes, des pertes et des chutes de tension dans les conducteurs.
Partielle / par secteur
DE90072
Dans le cas de la compensation par secteur (ou atelier) plusieurs
récepteurs sont reliés à une batterie de condensateurs commune qui est
manoeuvrée par son propre appareillage. Dans les grandes installations,
la batterie compense l’ensemble des consommateurs d’énergie réactive
d’un atelier ou d’un secteur.
Cette forme de compensation est conseillée pour des installations
où un certain nombre de récepteurs sont simultanément mis en service
et d’une façon quasi reproductible dans le temps.
Compensation partielle /
par secteur
La compensation partielle présente l’avantage d’occasionner
des frais d’investissement moins élevés que la compensation
individuelle. En effet, le calcul de la puissance de la batterie
de condensateurs installée à demeure tient compte du foisonnement
de la charge du secteur. Toutefois, les courbes de charges doivent être
au préalable bien connues pour dimensionner correctement les batteries
de condensateurs et éviter les risques de surcompensation (puissance
réactive fournie supérieure à celle appelée). La surcompensation conduit
généralement à produire localement des surtensions permanentes
qui font vieillir prématurément le matériel électrique.
DE90072
Globale
Dans le cas de la compensation globale, la production d’énergie réactive
est groupée en un seul endroit, le plus souvent dans le poste de
transformation. Toutefois, il n’est pas nécessaire que l’installation des
condensateurs soit faite juste au niveau du comptage. Au contraire, il
est recommandé d’installer les condensateurs à un endroit approprié qui
tienne compte de contraintes diverses telles que l’encombrement.
Compensation globale
14
Les condensateurs ont un bon facteur d’utilisation; la disposition est
claire ; la surveillance de l’installation et de ses différentes parties est
plus aisée que dans le cas de la compensation par secteur. Enfin, si l’on
adopte un réglage automatique par gradins, on aura dans ce cas un bon
suivi de la courbe de charge de l’usine qui évite les interventions
du personnel (enclenchement/déclenchement manuels).
Cette solution est économiquement intéressante si les variations
de charges ne sont pas imputables à des récepteurs particuliers.
Choix du type de protection
Batteries de
condensateurs
MT
Fusibles internes
Chaque capacité élémentaire du condensateur est protégée
par un fusible. Tout défaut de cet élément entraînera la fusion du fusible.
L’élément défectueux sera ainsi éliminé. Il s’en suivra une faible variation
de la capacité et la tension se répartira sur les éléments sains en série.
La protection par fusibles internes augmente la disponibilité
des batteries de condensateurs, car la perte d’un élèment
ne conduit plus sytématiquement au déclenchement de la batterie
(voir détail sur descriptif Propivar NG).
Protection de déséquilibre
La batterie est divisée en 2 étoiles (cf. schéma page 16). Lorsqu’il y a un
déséquilibre de capacité (variation de capacité d’un condensateur),
il apparaît un courant circulant entre les 2 neutres. Ce courant est
détecté par un transformateur de courant et un relais de déséquilibre.
PE90089
Ce montage différentiel est une protection sensible, indépendante des
perturbations réseau, bien adaptée quelle que soit la puissance des batteries.
15
Batteries de
condensateurs
MT
Choix du mode de couplage
Pour constituer des batteries de puissance importante, il existe plusieurs
possibilités de câblage ou connexion par association
de condensateurs unitaires, soit :
• couplage en triangle : condensateurs triphasés (sans fusible interne)
couplés en parallèle,
• couplage en double étoile de condensateurs monophasés
(avec ou sans fusible interne),
• couplage en H.
16
DE90073
DE90073
DE90099
Le choix du mode de couplage dépend :
• des caractéristiques, tension de réseau et puissance de la batterie,
• du type de compensation, fixe ou automatique (en gradin),
• du type de protection :
- condensateur avec ou sans fusible interne,
- différentielle (de déséquilibre) ou avec fusibles MT,
• des impératifs économiques.
Exemple de couplage
double étoile
Exemple de couplage
triangle
Exemple de couplage
en H (par phase)
Configuration recommandée
600
900
1 200
2 000
2 400
3 000
13 500
4 000
6 000
Couplage triangle
1 ou 2
condensateurs
triphasés
Couplage YY
6 condensateurs
monophasés
Couplage YY
9 ou 12
condensateurs
Couplage YY 12 condensateurs
monophasés (série)
PE90091
PE90090
Q (kvar) / U réseau (kV)
3,3
4,16
5,5
6,6
10
11
13,2
13,8
15
20
22
30
33
17
Panorama d'offre
Batteries de
condensateurs
MT
Application Industrie
Applications
Compensation moteurs
Compensation industrielle Batterie fixe
Batterie automatique
Références CP214 CP214SAH* CP253 Tension maximale
DE90082
DE90082
DE90082
Schémas
Jusqu’à 12 kV Jusqu’à 12 kV Mode de couplage Condensateurs triphasés avec couplage triangle
Condensateurs triphasés
jusqu’à 900 kvar, au-delà condensateurs
monophasés avec
connection double étoile
Type de protection Fusibles HPC (**) Fusibles HPC
Puissance maximale****
Jusqu’à 4500 kvar 2 x 450 soit 900 kvar Commentaires CP 214
18
CP 227SAH
CP 253
PB102001_SE
PB102003_SE
PB101996_SE
PE90107
* SAH : Self Anti Harmonique
** HPC : Haut Pouvoir de Coupure
*** TC : Transformateur de Courant
**** Puissance supérieure, nous consulter
CP 254
Toutes applications
Jusqu’à 12 kV Réseaux de Transport
et Distribution
Batterie fixe
CP254 CP230
DE90082
CP227 DE90082
DE90082
CP253SAH* Réseaux de distribution
Réseaux de distribution
et grands sites
Batterie fixe
Batterie automatique
Jusqu’à 36 kV
CP229 De 12 à 36 kV DE90082
Compensation industrielle Compensation globale
Batterie automatique
Batterie fixe
Application Energie
DE90082
Jusqu’à 36 kV Condensateurs triphasés Condensateurs monophasés avec connection en double étoile
jusqu’à 900 kvar, au-delà condensateurs
monophasés avec
connection double étoile
Fusibles HPC Jusqu’à 4000 kvar Condensateurs
monophasés
avec connection
en double étoile ou H
Déséquilibre par TC*** et relais
12 x 600 soit 7200 kvar
12 x 600 soit 7200 kvar Nous consulter Nous consulter
SAH* sur demande
SAH* sur demande
SAH* sur demande
SAH* sur demande
PE90084
PE90108
Déséquilibre par TC***
et relais
A partir de 36 kV
CP 229
CP 230
19
Batteries de
condensateurs
MT
Fonctions & caractéristiques générales
CP 214
CP 253
CP 227
CP 254
CP 229
CP 230
Tension réseau
≤ 7,2 kV
b
b
b
b
b
≤ 12 kV
b
b
b
b
b
≤ 24 kV
b
b
b
≤ 36 kV
b
b
b
b
≥ 52 kV
b
Compensation et Filtrage
Puissance batteries*
kvar
900
4 500
7 200
7 200
Gradins
quantité
1
5*
1
5*
1
1
type
fixeautofixeautofixefixe
Connection condensateurstriangle
b
b
double étoile v
b
b
b
b
H vv
Self anti-harmonique
vvvvvv
Protection condensateurs
Selfs de choc (N/A avec SAH)
b
b
b
b
b
b
Fusible de protection
b
b
Témoin fusion fusible
v
v
Protection de déséquilibre v b
b
b
b
Self de décharge rapide (< 24 kV) v
v
v
v
v
Interrupteur SF6
v
v
Interrupteur vide
v
v
Mesure
Transformateur de courant v v
Transformateur de tension
v v
Protection des Personnes
Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT)
3 pôles v v
5 pôlesv
Sectionneur de ligne
v v
avec SMALT
v v
Interverrouillage v v
Détecteur d’arc
v
v v
Contrôle et régulation
Boîtier monté sur porte v
v
de contrôle commandeséparé
b
b
Régulateur automatique standard b
b
communication
v v
Commutateur auto/local
v
v
Protection mécanique
IP
IP00 b
b
IP23 b
b
b
b
IP54 v
v
v
v
Double toit v
v
v
v
Connection
Entrée des câbles bas b
b
b
b
b
b
haut v
v
v
v
v
v
Accès avec porte
v
v
v
v
* Offre standard ; pour d’autres valeurs, nous consulter
b : standard
v : option
20
Conditions de service
Température de l’air ambiant
• ≤ 40 °C.
• ≤ 30 °C en moyenne sur 24 h.
• ≥ -25 °C.
Altitude
• ≤ 1000 m.
Ambiance
Air industriel propre (pas de poussière, de fumée, de gaz et de vapeurs corrosives
ou inflammables, ni de sel).
Humidité
Valeur moyenne de l’humidité relative, sur 24 h < 95 %.
Conditions spécifiques de service (nous consulter)
Schneider Electric developpe des solutions pour répondre aux conditions spécifiques suivantes:
• Température de -40 °C à +50 °C (déclassement, ventilation).
• Atmosphères corrosives, vibrations (adaptations éventuelles).
• Altitude > 1000 m (déclassement).
Conditions de stockage
Pour préserver toutes les qualités de l’unité fonctionnelle en cas de stockage prolongé,
nous recommandons de conserver le matériel dans son emballage d’origine, dans un endroit sec,
à l’abri de la pluie et du soleil et à une température comprise entre -25 °C et +55 °C.
Normes
Les équipements proposés dans ce catalogue sont conçus, réalisés et testés conformément
aux exigences des normes et recommandations suivantes :
• Condensateurs Haute Tension : CEI 60871-1&2, BS 1650, VDE 0560, C22-2 N°190-M1985,
NEMA CP1.
• Disjoncteurs Haute Tension : CEI 56.
• Transformateurs de courant : CEI 60044.
• Sectionneur de mise à la terre : CEI 129C.
• Relais, Régulateur varmétrique : CEI 60010.
• Selfs de décharge rapide, Inductances d’amortissement : CEI 60076-6.
• Isolateurs : CEI 168 - 273 - 815.
• Contacteurs Haute Tension : CEI 420 / CEI 470.
• Fusibles Haute Tension : CEI 282.1 / CEI 787.
Caractéristiques électriques communes
• Tolérance sur puissance assignée batterie : 0/+10 % (0/+5 % pour puissance > 3 Mvar).
• Variation relative de capacité en fonction de la température : -3,5.10-4/°C
Coordination de l’isolement
Tension la plus élevée
pour le matériel Um (kV)
7,2
12
17,5
24
36
Tenue à fréquence Tenue à l’onde de choc
industrielle (kV rms, 50 Hz - 1 mn) (kV crête, 1,2 / 50 μs)
2060
2875
3895
50125
70170
21
Batteries pour compensation moteur
Batteries de
condensateurs
MT
Isolement jusqu’à 12 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie fixe CP 214
Application
DE90066
Les batteries CP 214 sont utilisées pour la compensation d’énergie réactive dans les réseaux
moyenne tension. Cette solution est particulièrement adaptée à la compensation individuelle
des moteurs. Elles sont conçues pour une utilisation dans les réseaux électriques jusqu’à 12 kV.
5
3
4
2
6
1
1
2
3
4
5
6
:
:
:
:
:
:
châssis
isolateur
selfs de décharge rapide
fusible
self de choc
condensateurs
Les batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés). Les fusibles HPC assurent
la protection contre les défauts internes. Les batteries de compensation CP 214 proposées peuvent
être installées en extérieur ou en intérieur, montées dans des armoires en aluminium ou en acier.
Références
1
2
22
Description
• Encombrement
Châssis / Frameréduit
• Spécifiquement conçue pour la compensation moteurs
Isolateur / Insulator
3
TP de décharge rapide / Discharge Coil
4
Fusible / Fuse HRC
5
Self de choc / Damping Reactor
6
Condensateurs / Capacitor Units
Caractéristiques électriques
Puissance (kvar)
DB406316
CP214 - 50 Hz
Tension réseau (kV)
Puissance (kvar)
DB406317
CP214 - 60 Hz
Tension réseau (kV)
Constitution
Chaque batterie CP214 comporte les éléments suivants :
• Un châssis en aluminium et panneaux d’acier peints (RAL 9002), IP23 pour installation en intérieur.
• Des condensateurs Propivar NG (1 ou 2 éléments en fonction de la puissance de la batterie).
• Trois inductances de limitation des courants d’enclenchement.
• Trois fusibles HPC (avec percuteur).
Options
• Jeu de 2 selfs de décharge rapide.
• Porte avec serrure.
• Témoin fusion fusible.
• Enveloppe de type extérieur
(panneaux en aluminium non peint).
• Double toit pour type extrérieur.
MT20135
DE90100
Vue générale, dimensions et schéma
H
L
D
• H: 1700 mm, L: 900 mm, D: 1200 mm.
• Masse approximative : 425 à 560 kg.
23
Batteries pour compensation moteur
Batteries de
condensateurs
MT
Isolement jusqu’à 12 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie fixe CP 214 SAH
Application
DE90106
Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 214 SAH sont conçues pour une utilisation
dans les réseaux électriques jusqu’à 12 kV. Les batteries CP 214 SAH sont utilisées
pour la compensation d’énergie réactive dans les réseaux moyenne tension comportant
des harmoniques.
Cette gamme est particulièrement adaptée à la compensation individuelle des moteurs MT.
1
2
5
4
1 : châssis
2 : isolateur
3 : Self de décharge rapide
4 : fusible
5 : self anti-harmoniques
6 : condensateurs
3
6
Les batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés). Les fusibles HPC assurent
la protection contre les défauts internes. Les batteries de compensation CP 214SAH proposées peuvent
Descriptiondans des armoires en aluminium ou en acier.
être installées en Références
extérieur ou en intérieur, montées
1
2
3
24
Châssis / Frame
• Encombrement réduit
Isolateur / Insulator
• Spécifiquement conçue pour la compensation moteurs
TP de décharge rapide / Discharge Coil
• Adaptée
aux réseaux avec niveau d’harmoniques élevés
4
Fusible / Fuse HRC
5
Self anti-harmoniques / Detuned Reactor
6
Condensateurs / Capacitor Units
DB406334
Puissance (kvar)
Caractéristiques électriques
Puissance (kvar)
DB406335
Tension réseau (kV)
Tension réseau (kV)
Constitution
Chaque batterie CP214SAH comporte les éléments suivants :
• Un chassis en aluminium et panneaux d’acier peints (RAL 9002), IP23 pour installation en intérieur.
• Des condensateurs Propivar NG (1 ou 2 éléments en fonction de la puissance de la batterie).
• Trois fusibles HPC (avec percuteur).
• Une inductance anti-harmoniques triphasée (type sec à noyau magnétrique et refroidissement
naturel dans l’air).
Options
Enveloppe de type extérieur (panneaux en aluminium non peint).
Témoin fusion fusible.
Lots de deux selfs de décharge rapide : 7,2 - 12 kV.
Porte avec serrure.
Double toit pour type extérieur.
Vue générale, dimensions et schéma
DE90100b
•
•
•
•
•
DE90062
80
H
L
D
• H : 1900 mm, L : 2000 mm, D : 1100 mm.
• Masse approximative : 425 à 730 kg.
25
Batteries pour compensation industrielle
Batteries de
condensateurs
MT
Isolement jusqu’à 12 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie automatique CP 253
Application
DE90107
Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 253 sont conçues pour une utilisation dans
les réseaux électriques jusqu’à 12 kV. Elles sont utilisées en compensation globale d’installation,
lorsque le niveau de charge est fluctuant.
Le modèle CP 253 “1 gradin” est principalement destiné à la compensation individuelle
de moteurs MT où l’on souhaite éviter le risque d’auto-excitation.
2
1
5
7
4
3
6
1 : châssis
2 : isolateur
3 : selfs de décharge rapide
4 : fusible
5 : contacteurs
6 : condensateurs
7 : self de choc
Ces batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés) et les fusibles HPC assurent
la protection contre les défauts internes. En option, un coffret comprenant un régulateur varmétrique,
permet de piloter les gradins et constituer ainsi une batterie de compensation automatique.
Références
Description
Pour des puissances supérieures (par gradins) à 900 kvar, on utilisera des condensateurs monophasés
1
Châssis / Frame
connectés en double étoile (12 condensateurs
maximum, puissance
maximale 4500 kvar).
2
•
•
•
•
•
7
26
Isolateur / Insulator
Compensation
globaleTPd'installation
3
de décharge rapide / Discharge Coil
Niveau4 de charge fluctuant Fusible / Fuse HRC
Facilité d’accès aux composants
5
Contacteurs / Contactor
Maintenance simplifiée
6
Condensateurs / Capacitor Units
Installation simple
Self de choc / Damping Reactor
Caractéristiques électriques
Constitution
Tension
Gradins kvar - 50 Hz kvar - 60 Hz
réseau (kV)
Min. Max. Min. Max.
3,3
1
100
700
120
840
2
200
1400 240
1680
3
300
2100 360
2520
4
400
2700 480
3240
5
500
3400 600
4080
5,5
1
100
900
120
1080
2
200
1800 240
2160
3
300
2700 360
3240
4
400
3600 480
4320
5
500
4500 600
5400
6
1
100
900
120
1080
2
200
1800 240
2160
3
300
2700 360
3240
4
400
3600 480
4320
5
500
4500 600
5400
6,3
1
100
900
120
1080
2
200
1800 240
2160
3
300
2700 360
3240
4
400
3600 480
4320
5
500
4500 600
5400
6,6
1
100
900
120
1080
2
200
1800 240
2160
3
300
2700 360
3240
4
400
3600 480
4320
5
500
4500 600
5400
10
1
100
900
120
1080
2
200
1800 240
2160
3
300
2700 360
3240
4
400
3600 480
4320
5
500
4500 600
5400
11
1
100
900
120
1080
2
200
1800 240
2160
3
300
2700 360
3240
4
400
3600 480
4320
5
500
4500 600
5400
Chaque batterie CP253 comporte les éléments
suivants :
• Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé
non peinte, IP23 pour installation en intérieur.
• Des condensateurs triphasés Propivar NG
(1 à 2 éléments par gradin).
• Un contacteur ROLLARC au SF6 par gradin.
• Trois inductances de limitation des courants
d’enclenchement par gradin.
• Trois fusibles HPC (avec percuteur) par gradin.
Options
• Enveloppe type extérieur.
• Double toit pour type extérieur.
• Porte avec serrure.
• Coffret contrôle et commande pour
"n" gradins.
• Commutateur auto/manuel de gradins.
• Lots de deux selfs de décharge rapide :
7,2 - 12 kV.
• Témoin fusion fusible.
• Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT).
Vue générale, dimensions et schéma
DE90074
DE90102
80
H
L
H L
1 grad. 2 000 1 500
2 grad.2 000 2 600
3 grad.2 000 3 700
4 grad.2 000 4 800
5 grad.2 000 5 900
D
D
1 600
1 600
1 600
1 600
1 600
27
Batteries de
condensateurs
MT
Batteries pour compensation industrielle
Isolement jusqu’à 12 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie automatique CP 253 SAH
Application
DE90108
Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 253 SAH sont conçues pour une utilisation
dans les réseaux électriques jusqu’à 12 kV. Les batteries CP 253 SAH sont utilisées pour
la compensation automatique de l’énergie réactive dans les réseaux moyenne tension avec
un niveau d’harmoniques élevé. Cette solution est particulièrement adaptée à la compensation
globale d’installation où le niveau de charge est fluctuant.
2
3
1
4
6
1
2
3
4
5
6
5
:
:
:
:
:
:
châssis
isolateur
fusible
contacteurs
condensateurs
self anti-harmoniques
Ces batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés) et les fusibles HPC assurent
la protection contre les défauts internes.
Références En option, un coffret
Descriptioncomprenant un régulateur varmétrique,
permet de piloter les gradins et constituer
ainsi une batterie
de compensation automatique.
1
Châssis / Frame
Pour des puissances supérieures (par
gradins)
à
900 k
var,
on
utilisera des condensateurs monophasés
2
Isolateur / Insulator
connectés en double étoile (12 condensateurs
maximum,
puissance
maximale 4000 kvar).
3
Fusible / Fuse HRC
•
•
•
•
•
•
28
4
Contacteurs / Contactor
Compensation globale d'installation
5
Condensateurs / Capacitor Units
Niveau de charge fluctuant
6
Self anti-harmoniques / Detuned Reactor
Facilité d’accès aux composants
Maintenance simplifiée
Installation simple
Adaptée aux réseaux avec un niveau d’harmoniques élevé
Caractéristiques électriques
Composition
Tension
Gradins kvar - 50 Hz kvar - 60 Hz
réseau (kV)
Min. Max. Min. Max.
3,3
1
100
700
120
880
2
200
1450 240
1750
3
300
2200 360
2650
4
400
2800 480
3500
5
500
3400 600
3400
5,5
1
100
950
120
1150
2
200
1900 240
2250
3
300
2800 360
3400
4
400
3800 480
4536
5
500
4700 600
5700
6
1
100
950
120
1150
2
200
1900 240
2250
3
300
2800 360
3400
4
400
3800 480
4536
5
500
4700 600
5700
6,3
1
100
950
120
1150
2
200
1900 240
2250
3
300
2800 360
3400
4
400
3800 480
4536
5
500
4700 600
5700
6,6
1
100
950
120
1150
2
200
1900 240
2250
3
300
2800 360
3400
4
400
3800 480
4536
5
500
4700 600
5700
10
1
100
950
120
1150
2
200
1900 240
2250
3
300
2800 360
3400
4
400
3800 480
4536
5
500
4700 600
5700
11
1
100
950
120
1150
2
200
1900 240
2250
3
300
2800 360
3400
4
400
3800 480
4536
5
500
4700 600
5700
Chaque batterie CP253SAH comporte
les éléments suivants :
• Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé
non peinte, IP23 pour installation en intérieur.
• Des condensateurs triphasés Propivar NG
(1 à 2 éléments par gradin).
• Un contacteur ROLLARC au SF6 par gradin.
• Une inductance anti-harmoniques
(type sec à refroidissement dans l’air) par gradin.
• Trois fusibles HPC (avec percuteur) par gradin.
Options
• Enveloppe type extérieur.
• Double toit pour type extérieur.
• Porte avec serrure.
• Coffret contrôle et commande
pour "n" gradins.
• Commutateur auto/manuel de gradins.
• Lots de deux selfs de décharge rapide :
7,2 - 12 kV.
• Témoin fusion fusible.
• Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT).
Vue générale, dimensions et schéma
DE90075
DE90102b
80
H
L
H L
1 grad. 2 000 1 500
2 grad.2 000 2 600
3 grad.2 000 3 700
4 grad.2 000 4 800
5 grad.2 000 5 900
D
D
2 400
2 400
2 400
2 400
2 400
29
Batteries pour compensation globale
Batteries de
condensateurs
MT
Isolement jusqu’à 36 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie fixe CP 227
Application
DE90067
Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 227 sont conçues pour une utilisation
dans les réseaux électriques jusqu’à 36 kV. Cette gamme est essentiellement utilisée
en compensation globale d’installation.
4
2
5
1
3
1 : châssis
2 : selfs de décharge rapide
3 : TC de déséquilibre
4 : self de choc
5 : condensateurs
Références
Description
/ Frame
Ces batteries sont connectées
en double étoile Châssis
et le dispositif
de détection du courant
1
de déséquilibre assure la2protection contre
les
défauts
internes.
TP de décharge rapide / DischargeLes
Coil batteries de compensation
CP 227 proposées peuvent être installées en extérieur ou en intérieur, montées dans
TC de déséquilibre / Unbalance CT
3
des armoires en aluminium ou en acier.
de choc / Damping Reactor
NB : Les batteries fixes4CP227SAH sontSelf
étudiées
et proposées sur demande.
5
•
•
•
•
30
Condensateurs / Capacitor Units
Compensation globale d'installation
Facilité d’accès aux composants
Maintenance simplifiée
Installation simple
Puissance (kvar)
Puissance (kvar)
DB406318
Caractéristiques électriques
Tension réseau (kV)
Tension réseau (kV)
Constitution
Chaque batterie CP227 comporte les éléments suivants :
• Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé non peinte, IP23 pour installation en intérieur.
• Des condensateurs monophasés Propivar NG (6 à 12 éléments en fonction de la puissance de la batterie).
• Trois inductances de limitation des courants d’enclenchement.
• Un transformateur de courant pour la protection de déséquilibre.
Options
• Enveloppe de type extérieur
(panneaux en aluminium non peint).
• Double toit pour type extérieur.
• Porte avec serrure.
• Lots de 2 selfs de décharge rapide.
• Relais de protection de déséquilibre
(livré en séparé)
• Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT)
Vue générale, dimensions et schéma
• Isolement jusqu’à 24 kV : H : 2000 mm, L : 1400 mm, D : 1400 mm.
• Isolement 36 kV : H : 2000 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm.
• masse approximative : 450 à 1550 kg.
DE90064
DE90101
80
H
L
D
31
Batteries pour réseaux de distribution
et grands sites
Batteries de
condensateurs
MT
Isolement jusqu’à 36 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie automatique CP 254
Application
DE90109
Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 254 sont conçues pour une utilisation dans
les réseaux électriques jusqu’à 36 kV. Elles sont utilisées en compensation globale d’installation,
lorsque le niveau de charge est fluctuant.
7
4
3
1
2
6
1
2
3
4
5
6
7
:
:
:
:
:
:
:
châssis
isolateur SMALT
selfs de décharge rapide
self de choc
TC de déséquilibre
condensateurs
interrupteur SF6
Ces batteries sont connectées en double étoile et le dispositif de détection du courant
de déséquilibre assure la protection contre les défauts internes. Plusieurs batteries
(appelées alors “gradins”) peuvent être pilotées par un régulateur varmétrique pour constituer une
batterie de condensateurs automatique. Les gradins sont connectés en parrallèle par des câbles
de puissance (hors de notre fourniture).
Références
Description
NB : Les batteries fixes CP254SAH sont étudiées et proposées sur demande.
•
•
•
•
•
32
1
Châssis / Frame
5
TC de déséquilibre / Unbalance CT
6
Condensateurs / Capacitor Units
Compensation globale d'installation
2
Niveau
de charge fluctuant Isolateur / Insulator
Facilité
d’accès aux composants
3
TP de décharge rapide / Discharge Coil
Maintenance simplifiée
4
Installation
simple Self anti-harmoniques / Detuned Reactor
Caractéristiques électriques
Tension réseau (kV)
13,8
15
20
22
30
33
kvar - 50 Hz kvar - 60 Hz
Min. Max. Min. Max.
720
4800
300
4500 300
6000 300
6300 600
7200 600
7200 720
8640
Constitution
Chaque batterie CP254 comporte les éléments suivants :
• Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé non peinte, IP23 pour installation en intérieur.
• Des condensateurs monophasés Propivar NG (6, 9 ou 12 éléments par gradin, en fonction
de la puissance de la batterie).
• Un interrupteur au SF6.
• Trois inductances de limitation des courants d’enclenchement.
• Un transformateur de courant pour la protection de déséquilibre.
Options
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Enveloppe type extérieur.
Double toit pour type extérieur.
Porte avec serrure.
Relais de protection de déséquilibre (livré séparement)*.
Sectionneur de mise à la terre tripolaire / pentapolaire.
Transformateur de Courant ligne
Transformateur de potentiel
Lots de 2 selfs de décharge rapide.
Coffret contrôle et commande pour “n” gradins.
Commutateur auto/manuel de gradins.
* 2 relais sont utilisés pour les batteries utilisant des condensateurs avec fusibles internes ; 1 seul relais est
nécessaire sans présence de fusibles internes. Si l’option coffret de contrôle et protection est retenue, les relais
sont installés dans le coffret.
Vue générale, dimensions et schéma
DE90103
DE90076
80
H
L
D
• Isolement jusqu’à 24 kV
H : 2000 mm, L : 2600 mm, D : 1400 mm.
• Isolement 36 kV
H : 2100 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm.
• Masse approximative : 450 à 1550 kg.
33
Batteries pour réseaux de distribution
Batteries de
condensateurs
MT
Isolement jusqu’à 36 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie fixe CP 229
Application
DE90068
Les batteries de la gamme CP 229 sont montées dans des racks en aluminium.
Elles sont utilisées pour la compensation d’énergie réactive dans les réseaux moyenne tension.
Cette gamme de forte puissance est destinée à la compensation globale de sites industriels
importants ou de réseaux de distribution d’énergie.
5
1
2
6
3
7
1
2
3
4
5
6
7
:
:
:
:
:
:
:
châssis
isolateur
TC de déséquilibre
pieds de support
condensateurs
jeu de barre Cuivre
plage de raccordement
4
Ces batteries sont connectées en double étoile (jusqu’à 36 condensateurs) et le dispositif
de détection du courant de déséquilibre assure la protection contre les défauts internes.
NB : Les batteries fixes CP229SAH sont étudiées et proposées sur demande.
•
•
•
•
•
34
Références
Description
Compensation
globale deChâssis
site / Frame aluminium
1
Adapté aux fortes puissances
2
Isolateur / Insulator
Facilité d’accès aux composants
TC de déséquilibre / Unbalance CT
3
Maintenance simplifiée
4
Installation
simple Pieds support / Base support aluminium
5
Condensateurs / Capacitor Units
6
Jeu de barre CUIVRE / COPPER busbar
7
Plage de raccordement / Available connexion
Caractéristiques électriques
•
•
•
•
•
Fréquence assignée : 50 Hz ou 60 Hz.
Isolement jusqu'à 36 kV.
Puissance réactive de 5,4 à 18 Mvar ; 36 condensateurs maximun en standard.
Pour des puissances supérieures, nous consulter.
Tolérance sur valeur de capacité : 0, +5 %.
Options
• Selfs de chocs (livrées séparément).
DE90104
DE90065
Vue générale et schéma
35
Batteries pour réseaux de transport
et distribution
Batteries de
condensateurs
MT
Isolement jusqu’à 245 kV – 50 Hz / 60 Hz
Batterie fixe CP 230
Application
DE90069
Ces batteries de condensateurs sont conçues à la demande, suivant spécifications des clients.
Généralement, elles sont utilisées sur les réseaux haute tension, pour augmenter la capacité
de transport des lignes, et diminuer les chutes de tension.
7
6
3
10
2
9
8
1
11
4
5
1 : châssis
2, 3 & 4 : isolateurs
5 : support
6 : anneaux de levage
7 : plage de raccordement
8 : condensateurs
9 : self de choc
10 : jeu de barre neutre
11 : TC de déséquilibre
Références
Description
1
Châssis / Frame aluminium
2
batteries
Les
de la gamme Isolateur
CP230/ Insulator
sont montées dans des châssis en aluminium ou en acier
galavanisé.
Schneider
Electric
peut
proposer des batteries de condensateurs pour des réseaux
3
Isolateur
/ Insulator
jusqu’à 230
kV.
Isolateur / Insulator
4
5
6
7
8
36
• Compensation
HT et THT
Support / Support
•
Design
adapté
aux spécifications clients
Anneaux de levage / Lifting eyes
• Adaptation aux conditions du site
Plage de raccordement / Terminal pads
• Installation simple et robuste
Condensateurs / Capacitor Units
9
Self de choc / Damping Reactor
10
Jeu de barre neutre / neutral busbar
11
TC de déséquilibre / Unbalance CT
Caractéristiques électriques
• Fréquence assignée : 50 Hz ou 60 Hz.
• Isolement : jusqu’à 245 kV.
• Puissance réactive maximale : 100 Mvar, valeurs supérieures nous consulter.
• Tolérance sur valeur de capacité : 0, +5 %.
• Selfs de limitation des courants d’enclenchement : inductances monophasées,
de type sec et sans noyau magnétique.
DE90105
DE90077
Vue générale et schéma
37
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Protections
Sommaire
Types de défauts dans les batteries de condensateurs
Protection des personnes
Protection des condensateurs
Détecteur d’arc
40
41
42
44
39
Protections
Type de défauts
dans les batteries de condensateurs
DE90057
Les principaux défauts qui peuvent affecter une
batterie de condensateurs sont :
• Le court-circuit d’un élément
dans un condensateur.
• La surcharge.
• Le court circuit (bi et triphasé).
• Le défaut phase-masse.
Court-circuit d’un élément dans un condensateur
Sans protection interne (Fig. 1)
Les éléments câblés en parallèle sont donc shuntés par l’unité en courtcircuit (cf. condensateurs Propivar NG p.48).
• L’impédance du condensateur est modifiée.
• La tension appliquée se répartit sur un groupe de moins en série.
• Chaque groupe est alors soumis à une contrainte plus élevée ce qui peut
entraîner d’autres claquages en cascade jusqu’au court-circuit total.
La tension initiale aux bornes de l’élément, UNE (égale à UN/4) devient,
après défaut, égale à UN/3, soit 1,33 UNE.
Avec protection interne (Fig. 2)
La fusion du fusible interne associé en série élimine l’élément en défaut.
• Le condensateur reste sain.
• Son impédance est très légèrement modifiée.
1,33 IN
Surcharge
1,33 UNE
If=1,33 IN
1,33 UNE
1,33 UNE
Fig. 1 : court-circuit d’un élément sans
protection interne
La surcharge est due à une surintensité permanente
ou à une surintensité temporaire :
• surintensité permanente liée à :
- une élévation de la tension d’alimentation,
- la circulation d’un courant harmonique due à la présence de charges
non linéaires telles que convertisseurs statiques (redresseurs, variateurs
de vitesse), fours à arc…,
• surintensité temporaire liée à une mise sous tension de gradins
d’une batterie.
La surcharge se traduit par un échauffement préjudiciable à la tenue du
diélectrique, et conduit à un vieillissement prématuré du condensateur.
DE90056
Court-circuit (bi et triphasé)
0,978 IN
0,978 UNE
0,978 UNE
1,067 UNE
0,978 UNE
Fig. 2 : court-circuit d’un élément
avec protection interne
40
Le court-circuit est un défaut interne ou externe entre conducteurs actifs,
soit entre phases (condensateurs connectés en triangle),
soit entre phase et neutre (condensateurs connectés en étoile).
Les courts-circuits externes peuvent être dus à des surtensions externes
(coup de foudre, surtensions de manœuvre) ou des défauts d'isolations
(corps étrangers modifiant les distances d'isolement)
Ils se traduisent par des arcs électriques entraînant des arrachements
de matière, des surpressions et des efforts électro-dynamiques.
Les courts-circuits internes se traduisent par des arcs électriques
dans l’huile, ce qui entraîne l’apparition de gaz dans la cuve étanche
entraînant de violentes surpressions qui peuvent conduire à la déchirure
de la cuve et à la fuite du diélectrique.
Défaut phase-masse
Le défaut à la masse est constitué soit par un défaut interne entre
un élément actif du condensateur et la masse constituée par le boîtier
métallique qui est mis à la terre (pour assurer la protection des personnes),
soit par un défaut externe entre conducteurs actifs et masse.
Les effets du court-circuit sont fonction de la somme de l’impédance
de défaut et de l’impédance de boucle (qui dépend du régime de neutre
du réseau). Le courant résultant peut être très faible et insuffisant pour
entraîner la fusion des fusibles externes, ce qui peut se traduire par une
surpression lente (accumulation de gaz ) et des contraintes fortes sur la cuve.
Protections
Protection des personnes
Les principaux équipements participant
à la protection des personnes dans
un équipement de compensation de l'énergie
réactive, sont :
• Le relais de protection numérique
(défaut phase-masse, court-circuit).
• La self de décharge rapide.
• Le sectionneur de mise à la terre (SMALT).
• Les fusibles externes.
Relais de protection numérique
Il assure la protection contre les différents types de défaut.
• Le défaut phase-masse par la protection à maximum de courant terre
(ANSI 50N-51N) qui permet de détecter les surintensités
dues aux défauts entre phase et terre. Elle utilise la mesure
de la composante fondamentale du courant terre.
• La surcharge par la protection de surcharge à image thermique
(ANSI 49 RMS) qui permet de protéger les condensateurs
contre les surcharges, à partir de la mesure du courant absorbé.
• Le court-circuit par la protection à maximum de courant phase
(ANSI 50-51) qui permet de détecter les surintensités dues aux défauts
entre phases. Elle utilise la mesure de la composante fondamentale
des courants issus de 2 ou 3 transformateurs de courant “TC phase”.
Self de décharge rapide
PE90102
L’installation de deux selfs (Transformateurs de Potentiel “TP”)
de décharge rapide entre les phases de la batterie permet de réduire
le temps de décharge des condensateurs de 10 minutes à 10 secondes
environ.
Cette réduction du temps de décharge apporte :
• la sécurité pour le personnel lors d’une intervention éventuelle,
• la réduction du temps d’attente avant mise à la terre (fermeture du
sectionneur de mise à la terre “SMALT”).
On n’admet pas plus de 3 décharges consécutives et il faut respecter un
repos de 2 heures (pour le refroidissement) avant de recommencer une
séquence.
Sectionneur de mise à la terre (SMALT)
Il s’agit d’un organe de sécurité, dont le but est de fixer à la terre
le potentiel d’une installation préalablement mise hors tension, pour
permettre l’intervention humaine en toute sécurité sur l’installation.
Les bornes des condensateurs doivent être raccordées et maintenues
à la terre durant toute la durée de l’intervention.
Self de décharge rapide
PE90101
Sectionneur de ligne
Le sectionneur est un appareil électromécanique permettant de séparer
de façon mécanique, un circuit électrique et son alimentation, tout en
assurant physiquement une distance de sectionnement adéquate.
L’objectif peut être d’assurer la sécurité des personnes travaillant sur
la partie isolée du réseau électrique ou d’éliminer une partie du réseau
en dysfonctionnement.
Les sectionneurs de ligne Moyenne Tension sont souvent combinés
avec une mise à la terre.
Sectionneur de mise à la terre (SMALT)
41
Protections
Protections des condensateurs
Les principaux équipements de protection des
condensateurs sont :
• les fusibles internes,
• les fusibles externes,
• les selfs de choc,
• le relais de protection de déséquilibre,
• le relais de protection numérique (surcharge).
Fusibles internes
Les condensateurs Propivar NG (Condensateurs monophasés)
peuvent être fournis avec une protection par fusible interne
associée à chaque élément.
En cas de claquage de celui-ci, il sera déconnecté et isolé.
Le claquage d’un élément peut se produire :
• lorsque la tension du condensateur est proche de son amplitude
maximale. Dans ce cas, l’écoulement de l’énergie stockée dans
les capacités couplées en parallèle provoque la fusion
du fusible interne (Fig. 1),
• lorsque la tension du condensateur est proche de zéro.
La circulation du courant total du condensateur provoque alors
la fusion du fusible interne (Fig. 2).
DE90078
• Déconnexion instantanée de l’élément en court-circuit
• Coûts de maintenance réduits
• Continuité de service maintenue
• Possibilité de plannifier l’intervention de maintenance préventive
(surveillance de la capacité)
DE90079
Fig. 1 : fusion du fusible interne provoquée par l’écoulement
de l’énergie stockée dans les capacités couplées en parallèle
Fig. 2 : fusion du fusible interne provoquée lorsque
la tension du condensateur est proche de zéro
42
PE90092
Fusibles externes
PE90103
Fusibles HPC
Les fusibles externes sont destinés à éliminer les condensateurs en
défaut, afin de permettre aux autres gradins de la batterie à laquelle
l’unité est connectée de continuer à fonctionner. Ils protègent également
de l’amorçage éventuel sur les traversées du condensateur. Le
fonctionnement d’un fusible externe est généralement déterminé par
le courant de défaut alimenté par le réseau ainsi que par l’énergie de
décharge provenant des condensateurs connectés en parallèle avec le
condensateur en défaut.
Le claquage initial est habituellement celui d’un élément individuel
(galette) du condensateur. Ce claquage se traduit par un court-circuit qui
s’applique à tous les éléments en parallèle et élimine ainsi
un groupe série de galettes. Si la cause de la défaillance initiale
demeure, la défaillance des groupes séries successifs (qui subissent
une augmentation de la tension à chaque élimination d’un groupe série)
se produira. Cela occasionne une augmentation du courant dans
le condensateur jusqu’au moment où le fusible externe fonctionne,
éliminant le condensateur claqué du circuit.
La protection par fusibles externes HPC (Haut Pouvoir de
Coupure) intégrés à la batterie est bien adaptée (techniquement et
économiquement) aux batteries de condensateurs de :
• faible puissance (< 1 200 kvar),
• équipées de condensateurs triphasés,
• tension réseau < 12 kV.
Le calibre des fusibles sera choisi avec une valeur comprise entre
1,7 et 2,2 fois l’intensité nominale de la batterie (1,5 à 2,2 fois avec
les selfs anti harmoniques). La fusion des fusibles HPC est
généralement provoquée par un court-circuit franc. L’indication de fusion
fusible est un moyen visuel qui permet de vérifier l’état du fusible.
Self de choc
PE90104
Self de choc
Une self de choc est connectée en série par gradin et sert à limiter
la pointe de courant qui survient lors des opérations d’enclenchement.
La valeur de l’inductance est choisie pour garantir que les courants de
crête survenant lors des manœuvres restent toujours inférieurs à
100 fois le courant nominal de la batterie.
Principales caractéristiques :
• Bobine d’inductance à air, de type sec.
• Configuration monophasée.
• Installation à l’intérieur ou à l’extérieur.
• Conforme aux normes CEI ou équivalentes.
Protection de déséquilibre
Transformateur de courant pour protection de
déséquilibre
Cette protection s’applique généralement aux batteries de :
• moyenne ou grande puissance ( > 1200 kvar),
• équipées de condensateurs monophasé,
• connexion en double étoile obligatoire.
La protection de déséquilibre ou différentielle est une protection capable de
détecter et de réagir à un défaut partiel d’un condensateur.
Elle est constituée d’un transformateur de courant, connecté entre deux
points électriquement équilibrés associés à un relais d’intensité.
Lors d’un défaut dans un condensateur, il s’ensuit un déséquilibre donc
un courant de circulation dans le transformateur de courant qui provoquera,
par l’intermédiaire du relais, l’ouverture de l’organe de manœuvre de la
batterie (disjoncteur, interrupteur, contacteur...). Il n’y a pas de protection de
déséquilibre avec des condensateurs triphasés.
43
Protections
Détecteur d’arc
Vamp 120
Avantages client
PE90501
• Sécurité des personnes.
• Réduction des pertes de production.
• Augmentation de la durée de vie de
l’appareillage.
• Réduction des frais d’assurance.
• Investissements financiers faibles et
installation rapide.
• Fonctionnement fiable
Fonctions
La protection anti-arc électrique VAMP augmente la sécurité
du personnel et minimise les dommages matériels causés à
l'installation lors de défauts. Le relais de protection anti-arc détecte
un arc électrique dans l'installation et déclenche la coupure de
l'alimentation.
Lorsqu'un arc est détecté, le relais de protection anti-arc déclenche
immédiatement le ou les disjoncteur(s) concerné(s) pour isoler µ
le défaut.
Un système de protection anti-arc fonctionne beaucoup plus
rapidement que les relais de protection classiques et le degré de
dommages entraînés par un court-circuit généré par un arc est limité
à un niveau très bas.
Caractéristiques système
• Alimentation CA/CC Intégrée 19–256 V.
• Jusqu’à 4 capteurs d’arc.
• Déclenchement sélectif pour 2 zones et possibilité de déclenchement
d’urgence pour l'ensemble de la production (contact séparé).
• Temps de déclenchement 7 ms (en incluant le relais de sortie).
• Etat de déclenchement non volatile.
• Sorties de déclenchement NO et NF :
- auto-surveillance,
- simple,
- économique.
Capteurs
• Capteur d’arc :
- détection d'arc,
- autocontrôle,
- longueur du cable ajustable de 6 m à 20 m.
Normes
Normes d’interférence
Compatibilité électromagnétique
Normes de tension test
Essais de sécurité électrique
Robustesse mécanique
Résistance aux chocs sous tension
Résistance aux chocs hors tension
Test de fiabilité
Vibration
Tenue climatique
Température de fonctionnement
Température de transport et de stockage
Humidité relative
Degré de protection (CEI 60529)
Essais d’émission
Essais d’immunité
Tenue diélectrique
Onde de choc
Réaction sinusoïdale
Endurance sinusoïdale
EN 61000-6-4
EN 61000-6-2
CEI 60255-5
CEI 60255-5
CEI 60255-21-2, classe I
CEI 60255-21-2, class I
CEI 60255-21-2, classe I
CEI 60255-21-1, classe I
CEI 60255-21-1, classe I
-10 à +55 °C
- 40 à +70 °C
< 75 % (1 an, valeur moyenne)
< 90 % (30 jours par an, pas de
condensation autorisée)
IP20
• La fonctionnalité des protections anti-arc de la gamme VAMP améliore
la sécurité des personnes et des biens et a fait de Schneider Electric un
pionnier dans le domaine de la protection anti-arc avec plus de 10.000
systèmes et unités anti-arc électrique et plus de 150.000 capteurs d’arc
en service dans le monde.
44
45
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Composants
Sommaire
Condensateur Moyenne Tension Propivar NG
Régulateur Varmétrique Varlogic
Transformateur de Courant
Transformateur de Potentiel
Self Anti-Harmonique ou de filtrage Contacteur Rollarc Contacteur à vide CBX3-C Disjoncteurs SF1& SF2
Boîtier de contrôle commande
Relais de protection numérique : Sepam
48
50
51
51
52
53
54
56
57
58
47
Condensateur MT Propivar NG
Composants
PB108153
PB108151
Les condensateurs Propivar NG sont utilisés
pour réaliser des batteries de condensateurs
pour la compensation d’énergie réactive sur
des réseaux moyenne et haute tension.
Ils permettent, par un jeu d’assemblage,
de couvrir différentes puissances réactives
en fonction de la tension du réseau,
la fréquence et le niveau de distorsion
harmonique du réseau.
Présentation
Un condensateur HT Propivar NG se présente sous la forme d’une
cuve métallique surmontée de bornes. Cette cuve contient un ensemble
d’éléments de condensateur. Câblés en groupes selon un arrangement
série-parallèle, ils permettent d’obtenir des éléments unitaires de forte
puissance pour des tensions de réseau élevées. Deux types sont
proposés :
• avec fusibles internes (condensateur monophasé, condensateur
double), disponible avec Q > 100 kvar, certaines limitations étant
possibles selon le niveau de tension,
• sans fusible interne (condensateur monophasé ou triphasé,
condensateur double).
Ces condensateurs sont équipés de résistances de décharge afin de
réduire la tension résiduelle à 75 V, 10 minutes après leur mise hors
tension. Sur demande, les condensateurs peuvent être fournis avec des
résistances permettant de réduire la tension résiduelle à 50 V
en 5 minutes.
Constitution
Propivar NG monophasé.
Propivar NG triphasé et
condensateur double.
Les éléments qui constituent le condensateur Propivar NG
comprennent :
• des électrodes en aluminium aux bords repliés,
• des films de polypropylène,
• un liquide diélectrique sans PCB (non chloré) de type Jarylec C101.
Principales caractéristiques
Les condensateurs Propivar NG ont une durée de vie
exceptionnellement longue grâce à l’utilisation de films à très faibles
pertes diélectriques, à une bonne stabilité chimique et tenue thermique,
à leur tenue aux surtensions et surintensités ainsi qu’à une bonne
résistance au milieu environnant (brouillard salin, atmosphère contenant
du dioxyde de soufre, vibrations).
DB108807
Tenue thermique
À basse température, ces condensateurs présentent une bonne tenue
aux transitoires de commutation. À température ambiante plus élevée,
ils présentent un échauffement très limité, supprimant ainsi tout risque
de modification des propriétés diélectriques du milieu isolant.
Stabilité chimique
Les surtensions transitoires sur les réseaux et les niveaux de décharges
partielles provoquent un vieillissement prématuré des éléments
de condensateur. La longévité exceptionnelle des condensateurs
Propivar NG est due aux propriétés intrinsèques du liquide diélectrique,
à savoir :
• très grande stabilité chimique,
• haut pouvoir d’absorption des gaz générés lors des décharges
partielles,
• très grande rigidité diélectrique.
Condensateur Propivar NG avec fusibles internes,
constitué de 4 groupes en série, chaque groupe
comportant 12 éléments en parallèle.
Tenue aux surtensions et surintensités
Les condensateurs peuvent admettre :
• une surtension de 1,10 UN, 12 h par jour,
• une surtension à fréquence industrielle de 1,15 UN, 30 minutes par jour,
• une surintensité permanente de 1,3 IN.
Leur tenue est testée selon la norme CEI 60871-2 par :
• 850 cycles à un niveau de surtension de 2,25 UN
(durée du cycle 15 périodes),
• des essais de vieillissement à 1,4 UN (1000 heures).
Brouillard salin
Les condensateurs ont subi des essais au brouillard salin selon la norme
CEI 60068-2-11 (672 heures) avec des critères de température selon
NPX 41-002.
Atmosphère contenant du dioxyde de soufre
Les condensateurs ont subi des essais de résistance aux atmosphères
contenant du dioxyde de soufre selon la norme NFT 30-055 (30 jours).
Vibrations
La tenue aux vibrations des condensateurs a été testée selon la norme
CEI 60068-2-6, jusqu’à la classe 3M4.
48
Normes
Le condensateur Propivar NG est certifié CEI 60871-1, 2 et 4 ainsi que
NEMA CP1. Il est en conformité avec la plupart des normes nationales
et internationales relatives aux condensateurs.
Assurance qualité et environnement
Propivar NG est en conformité avec les réglementations RoHS et
REACH.
Les sites Schneider Electric de production des condensateurs sont
certifiés ISO 9001 (qualité) et ISO 14001 (environnement).
Autres caractéristiques
Fréquence d’utilisation
Plage de température
Facteur de perte moyen à 20 °C
après stabilisation
Puissance réactive nominale maximale
Extrémités
Propivar NG
monophasé
432
220
180
QN (kvar)
B
DB406182
A
349
Propivar NG monophasé
(BIL max / 170 kV)
A
B
50 Hz 60 Hz (mm)(mm)
50
60
157 300
100 120 157 300
150 180 157 300
200 240 157 350
250 300 157 450
300 360 157 500
350 420 187 500
400 480 187 550
450 540 187 600
500 600 187 650
550 660 187 700
600 720 187 800
700 840 207 800
800 960 207 900
900 207 y 950
20
20
110
432
Propivar NG triphasé
110
QN (kvar)
50 Hz
50
75
100
125
150
175
200
250
300
350
400
450
500
550
600
180
Situation
Tolérance sur valeur de capacité
Variation relative de capacité ∆C/C par °C
Cuve du condensateur
B
Gamme de tensions
DB406183
50 Hz ou 60 Hz
-25 °C à +50 °C (-40 °C à +55 °C sur demande)
0,16 W/kvar avec fusibles internes
0,12 W/kvar sans fusible interne
Condensateur triphasé
600 kvar
Condensateur monophasé 900 kvar
Condensateur double
800 kvar
Condensateur triphasé
1-12 kV
Ph/Ph
Condensateur monophasé 1-17,3 kV
Ph/N
Condensateur double
1-9 kV
Ph/N
A l’intérieur et à l'extérieur
-5 % à +10 %
-3,5 . 10-4/°C
Matériau
Acier inoxydable
Epaisseur
1,5 mm
Surface en acier inoxydable décapée par jet de billes, une couche de
Traitement de surface
peinture à deux composants plus une couche de peinture hydro
Couleur
Gris RAL 7038
Pattes de fixation
Une par côté
Traversées
Trois traversées porcelaine
Bornes
Deux M16 x 2
Serre-fils
Serre-fils en laiton nickelé, 2 câbles maxi. (diamètre extérieur
de 10 mm maxi.)
Fixation
Deux trous de 13 x 24 mm, entraxe 395,5 mm
=
=
349
A
Propivar NG triphasé (BIL max / 75 kV) et
Propivar NG double (BIL max / 95 kV)
60 Hz
60
90
120
150
180
210
240
300
360
420
480
540
600
-
A
B
(mm)
157
157
157
157
157
157
157
157
157
187
187
187
187
187
187
(mm)
300
300
300
300
300
350
350
450
500
500
550
600
650
750
850
A
B
(mm)
157
157
157
187
187
187
207
207
(mm)
300
350
500
550
650
800
800
900
Propivar NG double
QN (kvar)
• Dimensions non contractuelles.
Elles peuvent varier en fonction de la
tension assignée de l’application.
50 Hz
100 (2 x 50)
200 (2 x 100)
300 (2 x 150)
400 (2 x 200)
500 (2 x 250)
600 (2 x 300)
700 (2 x 350)
800 (2 x 400)
60 Hz
120 (2 x 60)
240 (2 x 120)
360 (2 x 180)
480 (2 x 240)
600 (2 x 300)
720 (2 x 360)
800 (2 x 400)
-
49
Régulateur Varmétrique Varlogic
Composants
PB100032_SE
PB100033_SE
Les régulateurs Varlogic mesurent
en permanence la puissance réactive
de l’installation et pilotent la connexion
et la déconnexion des gradins
de condensateurs pour obtenir le facteur
de puissance désiré.
NRC12 peut piloter jusqu’à 12 gradins
de condensateurs et dispose
de fonctionnalités étendues dont
la communication Modbus (en option).
Il simplifie la mise en service,
la surveillance et la maintenance
des équipements de compensation
d’énergie réactive.
Spécifications techniques (NRC12)
Nombre de gradins Dimensions Fréquence Courant de mesure Tension de mesure* Affichage puissance
mesurée 100 000 kVA
Consommation nominale 13 VA
Tensions d’alimentation 110 V nominale, (plage de 88...130 V)
230 V nominale, (plage de 185...265 V)
400 V nominale, (plage de 320...460 V)
Relais de sortie 250 V, 2 A
Ecran Afficheur graphique, résolution 64x128 pixels,
rétro-éclairé
Indice de protection IP41 face avant, IP20 face arrière
Plage de cos ϕ - cible Courant de réponse C/K Temps de reconnexion Temps de réponse Valeurs affichées
Varlogic NRC12
12
155 x 158 x 80 mm
50 Hz nominale (plage de 48...52 Hz)
60 Hz nominale (plage de 58...62 Hz)
0…1 A ou 0...5 A
80…690 V (nominale, max. 115 %)
Type d’installation Boîtier Température de fonctionnement Historique des alarmes Compteur par gradin Commande ventilateur
par relais dédié Contact Alarme Gamme de TC Détection des creux de tension Communication 0,85 ind …1,00 … 0,90 cap
0,01 … 1,99, symétrique ou asymétrique
10…900 s
20 % du temps de reconnexion, min. 10 s
cos ϕ, Iact, Ireact, Iapp, IRMS/I1, P, Q, S, THD (U) et tensions harmoniques, THD(I) et courant
harmoniques, température interne et externe
Montage encastré ou sur rail DIN
Résistant aux chocs PC/ABS, UL94V-0
0…60 °C
Liste des 5 dernières alarmes
Oui
Oui. 250 V AC, 8 A
Oui. 250 V AC, 8 A
25/1 … 6000/1 à 25/5 … 6000/5
Temps de réaction > 15 ms
Protocole Modbus avec module CCA-01 (option)
* Pour les installations MT, la saisie du ratio du TP d’entrée permet l’affichage
et la mesure de la tension primaire
50
Transformateur de Courant
Transformateur de Potentiel
Composants
DE52359
DE52344
Les Transformateurs de Courant (TC)
répondent à la norme CEI 60044-1.
Leur fonction est de fournir au secondaire
un courant proportionnel à celui du circuit MT
sur lequel ils sont installés.
Le primaire, monté en série sur le réseau MT,
est soumis aux mêmes surintensités que celuici et supporte la tension MT.
Transformateur de Courant
Constitution et types
Les Transformateurs de Courant sont conçus pour répondre
aux fonctions de protection et de contrôle.
• Détection des surintensités dans les bancs de capacité
et fourniture d’un signal au relais de protection.
• Fourniture d’un signal au contrôleur varmétrique.
Ils sont de type :
• bobiné (le plus fréquent) : lorsque le primaire et le secondaire
comportent un bobinage enroulé sur le circuit magnétique,
• traversant : primaire constitué par un conducteur non isolé
de l’installation,
• tore : primaire constitué par un câble isolé.
Le montage en double étoile et la protection de déséquilibre nécessitent
l’utilisation de transformateurs de courant spécifiques (classe X).
Transformateur de
Courant type tore
PE56030
Transformateur de
Courant à primaire bobiné
Transformateur
de Courant
Transformateur de Potentiel
Constitution et types
Les Transformateurs de Potentiel sont conçus pour répondre
aux fonctions de protection et de contrôle.
• Détection des sur/sous tensions dans les bancs de capacité
et fourniture d’un signal au relais de protection.
• Fourniture d’un signal au contrôleur varmétrique.
PE56700
Les Transformateurs de Potentiel (TP)
répondent à la norme CEI 60044-2.
Ils répondent à 2 fonctions essentielles :
• adapter la valeur des tensions MT primaires
aux caractéristiques des appareils de
protection et mesure, en fournissant une
tension secondaire proportionnelle et de valeur
moins élevée,
• isoler les circuits de puissance, des circuits
de protection et mesure.
Transformateur de
Potentiel phase-terre
51
Self anti-harmonique ou de filtrage
Composants
Self à noyau fer, technologie “imprégné résine”
Une réactance, dite self anti-harmonique
est incluse dans les équipements
de compensation, afin d’éviter l’amplification
des tensions harmoniques pré-existantes
sur le réseau.
Les types de self sont multiples.
•
•
•
•
•
PE90096
1
Installation en intérieur.
Type triphasé.
Tension max. 12 kV.
Raccordement sur plage cuivre.
Masse jusqu'à 2 000 kg.
Self à noyau fer, technologie “enrobé résine”
•
•
•
•
•
•
•
•
PE90094
PE90093
2
Installation en intérieur.
Type triphasé.
Tension max. 24 kV.
Normes CEI 60076-6.
Tenue au feu.
Classe de température F.
Raccordement sur plage cuivre.
Masse jusqu'à 2 000 kg.
Self à noyau fer, technologie “immergé huile”
•
•
•
•
•
Installation en intérieur ou en extérieur.
Tension max. 36 kV.
Cuve à ailettes à remplissage intégral.
Raccordement sur traversées porcelaine ou embrochables.
Masse jusqu'à 3 500 kg.
Self à air (sans noyau), technologie “imprégné résine”
Les bobines à réactance à air se caractérisent par une réactance
qui ne dépend pas du courant traversant (perméabilité de l'air
constante).
Ces bobines sont généralement installées dans des sous-stations ou
dans les équipements de compensation statique (SVC).
3
La construction de type “sec” se caractérise par une grande fiabilité,
une absence de maintenance et une grande adaptation aux contraintes
environnementales.
• Installation principalement en extérieur.
• Tension max. jusqu'à 245 kV.
PE90095
4
1
2
3
4
:
:
:
:
52
self
self
self
self
à
à
à
à
noyau fer, technologie “imprégné résine”
noyau fer, technologie “enrobé résine”
noyau fer, technologie “immergé huile”
air (sans noyau), technologie “imprégné résine”
Composants
Contacteur Rollarc
Le contacteur tripolaire pour usage en intérieur
type Rollarc, utilise le SF6 pour l’isolement et
la coupure.
Le principe de coupure est celui de l’arc
tournant. L’appareil de base est constitué
de trois pôles montés dans une même
enveloppe isolante. L’enveloppe isolante
contenant les parties actives de ces pôles
est remplie de SF6 à la pression relative
de 2,5 bars.
Le contacteur Rollarc existe en deux types :
• R400, à maintien magnétique.
• R400D, à accrochage mécanique.
Applications
Commande et protection de :
• moteurs MT.
• batteries de condensateurs et transformateurs de puissance.
Normes de référence
• Norme CEI publication 60470 : contacteurs pour courant alternatif
haute tension et démarreurs de moteurs à contacteurs.
• Norme CEI 62271-105 : appareillage à haute tension, combinés
interrupteurs-fusibles.
Caractéristiques électriques
Tension Niveau d’isolement Pouvoir de coupure Courant Pouvoir
Courant Endurance
assignée assigné
sous U (kV)
assigné de fermeture
courte mécanique
UR (kV) Choc
1 mn
avec
IRavec
durée
50/60Hz 1,2/50μs 50/60Hz
fusibles
fusibles 3 s
kV
kV crête kV eff.
kA
kA
A
kA crête
kA
7,2602010 50 400
25
125
10100 000
manœuvres
12 60288 40 400
20
100
8
Puissance manœuvrable maximale
Tension de service (kV)
Sans fusible
Avec fusible intégré
Puissance (kvar)
Puissance (kvar)
3,3 1255790
4,161585800
6,6 25101270
10 3810960
12 45701155
Matériel sans entretien sur les parties actives.
Endurance mécanique et électrique élevée.
Insensibilité à l’environnement.
Possibilité de contrôle permanent de la pression de gaz.
PE56761
PE90105
•
•
•
•
Contacteur Rollarc (raccordement)
Contacteur Rollarc (écorché)
1 : connexions MT
2 : connexions BT
3 : contacts auxiliaires
4 : pressostat
5 : commande par
électroaimant
6 : accrochage mécanique
(R400D)
7 : déclencheur
d’ouverture
8 : points de fixation
9 : enveloppe isolante
10 : emplacement plaque
signalétique
53
Composants
Contacteur à vide CBX3-C
PE90243
Le contacteur tripolaire CBX3-C, destiné à
un usage en intérieur, utilise le vide pour
l'isolement et la coupure. Il est spécialement
dédié à la coupure des courants capacitifs.
Applications
La conception des contacteurs et les matériaux de contact utilisés sur
le contacteur CBX3-C correspondent aux exigences de commutation
des condensateurs pour les applications de correction du facteur de
puissance tels que :
• industrie de métallurgie,
• industrie minière,
• industrie pétrolière,
• distribution d’énergie.
Equipés en standard d’une alimentation électronique auxiliaire (EAS),
les CBX permettent une configuration facile et réduisent la
consommation énergétique.
Normes
Les contacteurs vide de Schneider Electric ont été conçus pour respecter
les normes intérnationales les plus sevères.
• CEI 60470,
• ANSI C37,
• BS EN 60470,
• NEMA ICS,
• GB (Chine).
Caractéristiques électriques
Tension nominale (kV)
Tension de tenue à une fréquence
industrielle (kV)
Tension de tenue au choc (BIL) (kV)
Charge capacitive
Courant nominal (A)
Puissance banc de
condensateur (kvar)
Courant d’appel (kAp)
Courant de court circuit
1 s (kA)
Crête pour ½ période (kAp)
Endurance mécanique (N°)
Endurance électrique
au courant nominal (N°)
Température (°C)
Nombre de poles
54
CBX3-C
7,2 / 12
20 / 28
60 / 75
400
3360/5600
20
4
25
3 millions
500 000
-5 à +40
1P - 3P
Contrôle
Tension d’alimentation de la
bobine de fermeture (V)
Tension d’alimentation du
verrouillage (V)
Consommation (W)
Fonction verrouillage
CC : 24, 48, 60, 110, 125, 220, 250
CA : 110, 120, 220, 240
CC : 24, 48, 110, 240
CA : 110, 240
CBX
Bobine de fermeture
500
Maintien magnétique
150
Maintien avec l’EAS
80
Bobine (W)
240
Endurance (N°)
200000
Alimentation par carte électronique (EAS)
Deux circuits électroniques sont requis pour gérer les tensions auxiliaires:
• de 24 à 60 V CC,
• de 110 à 250 V CA/V CC.
Avantages
• Faible consommation de puissance.
• Fiabilité améliorée.
• Compteur de manœuvres (optionnel).
• Retard de 100 ms à l’ouverture (optionnel).
• Dissipation thermique réduite.
• Schémas électriques standardisés.
Options
Contacts auxiliaires
Alimentation électronique (EAS)
Délai d'ouverture 100 ms
Compteur d’opération
Isolation à 42 kV
Verrouillage mécanique
• Vitesse de commutation.
• Longue durée de vie.
• Consommation énergétique
réduite grâce à l’alimentation
électronique.
CBX
5 NO + 5 NF
Oui
Option
Option
Option
Option
Dimensions
Largeur (mm)
Longueur (mm)
Hauteur (mm)
Masse (kg)
343
333
258
28
55
Composants
Disjoncteurs SF1 & SF2
PE56501
Le disjoncteur SF de la gamme d’appareillage
de Schneider Electric est utilisé pour la mise
sous tension des batteries ou de gradins
de condensateurs.
Ce disjoncteur utilise le SF6 comme
diélectrique.
Il a tout particulièrement été testé pour
la manœuvre spécifique des batteries
de condensateurs.
Description
Le disjoncteur SF est constitué en version fixe de base de :
• 3 pôles principaux, liés mécaniquement et comprenant chacun une
enveloppe isolante du type “système à pression scellé”. L’enveloppe
étanche est remplie de SF6 à faible pression,
• une commande manuelle (électrique en option) à accumulation
d’énergie à ressorts. Elle donne à l’appareil une vitesse de fermeture et
d’ouverture indépendante de l’opérateur. Lorsqu’il est équipé de
la commande électrique, le disjoncteur peut être commandé à distance
et la réalisation de cycles de réenclenchement est possible,
• une face avant avec la commande manuelle et les indicateurs d’états,
• des bornes aval et amont pour le raccordement des circuits
de puissance,
• un bornier pour le raccordement des circuits auxiliaires extérieurs.
En fonction de ces caractéristiques, le disjoncteur SF est disponible
avec une commande frontale ou latérale.
Options
• Commande électrique.
• Châssis support équipé de galets et d’équerres de fixation au sol
pour une installation fixe.
• Verrouillage du disjoncteur en position ouvert par serrure installée
sur le plastron de la commande.
• Pressostat pour les performances les plus élevées.
Disjoncteur SF1
Applications
PE56503
Les appareils SF sont des disjoncteurs MT tripolaires pour usage
en intérieur. Ils sont principalement utilisés pour la manœuvre et
la protection des réseaux de 12 à 36 kV dans la distribution d’énergie
primaire et secondaire.
Avec l’autocompression dans le gaz SF6, technique de coupure utilisée
dans ces disjoncteurs, l’établissement ou l’interruption de tout type
de courant capacitif ou inductif s’effectue sans surtension dangereuse
pour l’appareillage connecté sur le réseau.
Le disjoncteur SF est de ce fait bien adapté à la manœuvre
de bancs de condensateurs.
SF1SF2 Commande frontale ou latérale
Commande frontale
Tension maximum UM (kV, 50/60 Hz)
Disjoncteur SF2
36 kV
24 kV
36 kV
40.5 kV
24 kV
17.5 kV
12 kV
56
Pouvoir de coupure (ISC )
25 kA
de 12,5 à 25 kA
de 12,5
à 40 kA
Courant assigné (IR )
630 A
de 400 à 1 250 A
de 630 à 3 150 A
2 500 A
Courant capacitif coupé (IC )
440 A
de 280 à 875 A
de 440 à 2 200 A
1 750 A
de 25
à 40 kA
31,5 kA
Composants
Boîtier de contrôle commande
La fonction de ces boîtiers est de commander
et protéger les batteries de condensateurs.
Description
Ces coffrets sont conçus pour être installés en intérieur.
Ils comportent les éléments suivants :
• un régulateur varmétrique Varlogic,
• un relais de protection numérique Sepam,
• les relais de protection de déséquilibre,
• les voyants de signalisation
- “sous tension”
- pour chaque gradin, “Gradin sous tension”, “Gradin hors tension”,
“Alarme déséquilibre”, “Déclenchement déséquilibre”.
Option
PE90106
Un commutateur à trois positions :
• “Auto” : les gradins sont pilotés automatiquement
par le régulateur varmétrique,
• “Manu” : les gradins sont pilotés manuellement au moyen
d’un commutateur 2 positions situé sur le coffret (1 commutateur par gradin),
• “0” : les gradins sont mis hors circuit (aucun pilotage automatique
ou manuel n’est possible).
1
1
2
2
Boîtier de contrôle commande
1. régulateur varmétrique Varlogic
2. relais de protection numérique Sepam
57
Composants
Relais de protection Sepam
PA40431
Le relais de protection Sepam permet
de garantir la disponibilité de l’énergie
et la rentabilité maximale des installations tout
en assurant la sécurité des biens
et des personnes.
Maîtriser l’installation électrique
Les relais de protection Sepam multifonctionnels assurent la protection,
la mesure, l’analyse et le diagnostic de l’ensemble des applications
d’une installation. En cas d’incident, les informations claires et complètes
dans la langue choisie permettent de prendre les bonnes décisions
immédiatement.
Assurer la disponibilité
Sepam assure un parfait niveau de disponibilité de l’énergie grâce
à sa fonction diagnostic qui scrute en permanence l’état du réseau.
Sa finesse d’analyse et sa fiabilité garantissent une mise hors tension
des équipements lorsque cela est vraiment nécessaire.
La programmation des opérations de maintenance permet de prévenir
les risques et d’optimiser les temps d’intervention.
Augmenter la sûreté
Sepam
Sepam série 80 est le premier relais de protection numérique à garantir
une sûreté de fonctionnement et un comportement sur défaillance en
conformité avec les exigences de la norme CEI 61508.
Sa qualité de fabrication permet son utilisation dans les conditions et
les atmosphères les plus sévères : plateformes pétrolières, industries
chimiques (normes CEI 60062-2-60).
Communiquer : jouer l’ouverture
En complément des normes DNP3, CEI 60870-5-103 et Modbus, Sepam
est conforme à la norme CEI 61850 et utilise le protocole
de communication standard du marché lui permettant de s’interfacer
avec l’ensemble des appareillages de distribution électrique,
quelle que soit leur origine.
Respecter l’environnement
•
•
•
•
Respect de la directive européenne RoHS.
Faible consommation d’énergie.
Fabrication en usine certifiée ISO 14001.
Recyclable à plus de 85 % (Sepam série 10).
Une gamme modulaire structurée : Application condensateur
S20
S24
Protection d’une batterie en
triangle sans surveillance
de la tension
• protection contre
les court-circuits
58
S40
C86
Protection d’une batterie en
triangle avec surveillance
de la tension
• protection contre les
court-circuits
• surveillance U et f
• protection contre les
surcharges (Sepam C86)
C86
Protection d’une batterie de 1 à 4 gradins en double étoile
• protection contre les court-circuits
• surveillance U et f
• protection contre les surcharges
• protection contre le déséquilibre
Tableau de choix - applications condensateurs
b : standard
v : option
* les chiffres indiquent
le nombre de fonctions
de protection disponibles
Code ANSI
S10A
S10B
S20S24S40C86
Protections*
Maximum de courant phase
50/51
2
2
4
4
4
8
Maximum de courant terre
50N/51N 2
2
4
4
4
8
Terre sensible
50G/51G 2
2
4
4
4
8
Défaillance disjoncteur
50BF1
1
1
Maximum de composante interne
46
1
1
2
2
Image thermique condensateur
49RMS
1
1
1
Déséquilibre gradins de condensateurs
51C8
Minimum de tension directe 27D2
Minimum de tension rémanente
27R2
Minimum de tension (L-L ou L-N)
27
2
4
Maximum de tension (L-L ou L-N)
59
2
4
Maximum de tension résiduelle59N2
2
Maximum de tension inverse 471
2
Maximum de fréquence
81H
2
2
Minimum de fréquence
81L
4
4
Surveillance temperature (16 sondes) 38/49T
v
Mesures
Courant phase RMS I1, I2, I3
bb
bb bb
Courant résiduel calculé I0Σ b
Courant moyen I1, I2, I3
bbbb
Maximètre courant IM1, IM2, IM3
bbbbbb
Courants résiduels mesurés I0, I’0
bbbbbb
Tension U21, U32, U13, V1, V2, V3
bb
Tension résiduelle V0
bb
Fréquence
bb
Puissance active P, P1, P2, P3
bb
Puissance réactive Q, Q1, Q2, Q3
bb
Puissance apparente S, S1, S2, S3
bb
Maximètre de puissance PM, QM
bb
Facteur de puissancebb
Energie active et réactive bb
Diagnostic réseau, appareillage et condensateurs
Courant de déclenchement
bbbb
tripI1, tripI2, tripI3, tripI0
Taux de distortion du courant
b
et de la tension THDi, THDu
Déphasage φ0, φ'0, φ0Σ
b
Déphasage φ1, φ2, φ3bb
Oscilloperturbographiebbbb
Echauffementb
Capacité et courants b
de déséquilibre condensateur
Surveillance TC/TP
60/60FL
bb
Surveillance circuit déclenchement
74vv
Surveillance alimentation auxiliaireb
Surveillance des A coupés cumulés
bbbb
Nombre de manœuvres
vvvv
Commande et surveillance
Commande disjoncteur / contacteur
94/69
vvvv
Sélectivité logique
68
b
vvvv
Accrochage/acquittement
86
bbbbbb
Signalisation30
bbbbbb
Protocoles de communication S-LAN
Modbus RTU
b vvvv
Modbus TCP/IP
v vvvv
DNP3vvvv
CEI 60870-5-103
vvvv
CEI 61850
vvvv
59
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Equipements spécifiques
Sommaire
Compensateur Hybride HVC
Filtres passifs d’harmoniques
Circuits bouchons 62
64
65
61
Equipements
spécifiques
Compensateur Hybride HVC
Les équipements de type HVC (Hybrid
Var Compensator) sont destinés à faire
une compensation économique en temps réel
de la puissance réactive.
Leur emploi permet :
• l’amélioration de la qualité des réseaux
publics et industriels par la réduction ou
suppression des fluctuations de tensions,
des oscillations de puissance, etc,
• l’augmentation de la capacité des réseaux
existants par la compensation des pertes dues
à l’énergie réactive,
• le couplage optimum des énergies
renouvelables (éolien, solaire) au réseau
par une réponse adéquate aux contraintes
normatives
Compensateur Hybride HVC
Description
Il comporte une batterie fixe MT de condensateurs shunts avec Self AntiHarmonique (SAH) fixe et un dispositif électronique AccuSine associé à
un transformateur élévateur BT/MT.
DE90083
25 / 4,16 kV
25 / 4,16 kV
2000 A
2000 A
CT (3) 1000/5
CT (3) 1000/5
1200 A
4,16 kV
4,16 kV
CT (3) 1000:5
2000 A
6 x 250 kvar
Accusine
Exemple de réalisation
62
PE90082
PE90046
4.16 / 0,48 kV
batterie
SAH
1225 kvar
Var Avance/Retard
DE90084
Fonctionnement
La batterie de condensateurs fixe injecte en permanence un courant
réactif capacitif au réseau. Le dispositif électronique injecte un courant
réactif, capacitif ou inductif, d’une manière continue et en moins d’une
période (20 ms - 50 Hz) pour compenser les fluctuations importantes et
rapides de la consommation d’énergie réactive, dues à la charge.
Performances
Temps en périodes
kvar fixe
Charge
AccuSine
kvar résultant
•
•
•
•
•
•
Injection d’énergie réactive en mode “avance” ou “retard”.
Temps de réponse inférieur à un cycle.
Facteur de puissance ajustable jusqu’à 1.
Compensation varmétrique sans transitoire.
Compensation continue.
Contrôle individuel de chaque phase pour les charges déséquilibrées.
Applications
PE90074
• Energie
- raccordement des “fermes solaires ou éoliennes”.
• Industries
- fours à arc : régulation de tension et atténuation du flicker.
- soudeuses : régulation de tension et atténuation du flicker.
- broyeurs : atténuation du flicker.
- stations de pompage : aide aux démarrages de moteurs MT
de forte puissance.
- laminoirs à froid / à chaud : réduction des harmoniques
et amélioration du facteur de puissance des charges à fluctuation rapide.
Gamme AccuSine
63
Equipements
spécifiques
Filtres passifs d’harmoniques
PE90097
Schneider Electric peut proposer
de nombreuses solutions de filtrage passif
des harmoniques en moyenne et haute
tension, pour les réseaux 50 ou 60 Hz.
Ces solutions sont étudiées au cas par cas.
Un audit de site préalable et une définition
précise des besoins (objectifs à atteindre, …)
sont indispensables à la garantie
des performances de ce type de solution.
Filtre passif d’harmoniques
64
Filtres passifs d’harmoniques
Caractéristiques techniques
• Fréquence assignée : 50 Hz ou 60 Hz.
• Isolement : 72,5 kV (autres valeurs, nous consulter).
• Puissance réactive maximale : 35 Mvar (autres valeurs,
nous consulter).
• Inductances : monophasées, sec, à air, sont les plus communément
utilisées pour les filtres passifs.
• D’autres composants, tels que résistances, peuvent également être
utilisés dans la conception de filtres passifs.
• Fréquences d’accord : choisies en fonction des harmoniques à filtrer
et des performances à atteindre (l’audit de site préalable est crucial pour
faire les bons choix).
Circuits bouchons
Principe
Dans sa gamme de solutions, Schneider Electric
dispose de circuits bouchons passifs basse
fréquence qui permettent d’éviter
les perturbations des signaux de télécommande
à fréquence musicale émis par le distributeur
d’énergie, notamment dans le cadre d’installation
de groupe de production autonome.
Inductance
1640
Pour satisfaire les conditions imposées
par le distributeur d’énergie, le circuit bouchon
est défini au cas par cas en fonction
des caractéristiques :
• de la ligne d’alimentation HT du poste source,
• du transformateur HT/MT du poste source,
• du dispositif d’injection de télécommande
et de sa fréquence,
• de la charge des départs MT,
• des groupes électrogènes.
Inductance
DE90054
DE90054
Ces circuits bouchons sont souvent utilisés
dans les installations équipées de centrales
de cogénération.
Le circuit bouchon est réalisé par la mise en parallèle d’une inductance
et d’une capacité dont les valeurs sont calculées pour permettre le blocage
d’une fréquence choisie (175 Hz ou 188 Hz par exemple en France).
400
Equipements
spécifiques
Isolateur 24 kV
Chemin AL
6060
900
900
Condensateur
20
300
4ǿ13
1100
20
Montage superposé (mm)
Montage juxtaposé (mm)
Caractéristiques techniques
(circuits bouchons passifs pour réseaux 15 et 20 kV)
PE90083
Fréquence d’accord
Niveau d’isolement Calibres disponibles Caractéristiques des composants
des CB 175 Hz
Condensateurs monophasés Inductances monophasées
Caractéristiques des composants
des CB 188 Hz
Condensateurs monophasés Inductances monophasées
Température ambiante maximale Altitude Montage
IP 207 μF / 2100 V, sans fusibles internes
4 mH, sans noyau magnétique
179 μF / 2100 V, sans fusibles internes
4 mH, sans noyau magnétique
45 °C
< 1000 m
Juxtaposés (condensateurs debout, à côté de la self) ou superposés (condensateurs
installés dans un rack, sous la self)
00 sur support aluminium non peint
4400
1200
1100
1000
1100
Phase 2
Disposition en ligne (mm)
Phase 3
Phase 2
4150 min.
Phase 1
600
1100 1100
1155
1100
Phase 3
1200
Phase 1
1100
2400
1200
1100
1150
6600 min
min.
1200
DE90055
DE90055
Circuit bouchon
175 ou 188 Hz
(autres fréquences sur demande)
Jusqu’à 24 kV
200, 300 ou 400 A par phase
Disposition en triangle (mm)
65
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Installation (plans, dimensions)
Sommaire
CP 214, CP 214 SAH, CP 227, CP 254
CP 229, CP 230, CP 253, CP 253 SAH
68
69
67
Installation
( plans,
dimensions)
CP 214, CP 214 SAH, CP 227, CP 254
Plan
Dimensions et poids
• H: 1700 mm, L : 900 mm, D: 1200 mm.
• Masse approximative : 400 à 560 kg.
80
MT20135
CP 214
H
L
Plan
CP 214 SAH
Dimensions et poids
80
DE90062
• H : 1900 mm, L : 2000 mm, D : 1100 mm.
• Masse approximative : 600 à 1000 kg.
D
H
L
Plan
CP 227
Dimensions et poids
80
DE90064
• Isolement 24 kV
H : 2000 mm, L : 1400 mm, D : 1400 mm.
• Isolement 36 kV
H : 2000 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm.
• Masse approximative : 450 à 1550 kg.
D
H
L
Plan
CP 254
Dimensions et poids
80
DE90076
• Isolement jusqu’à 24 kV
H : 2000 mm, L : 2600 mm, D : 1400 mm.
• Isolement 36 kV
H : 2100 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm.
• Masse approximative : 450 à 1550 kg.
H
L
68
D
D
CP 229, CP 230, CP 253, CP 253 SAH
CP 253
Dimensions (mm)
Nombre de gradins
1
H : 2 000, L : 1 500,
2
H : 2 000, L : 2 600,
3
H : 2 000, L : 3 700,
4
H : 2 000, L : 4 800,
5
H : 2 000, L : 5 900,
D
D
D
D
D
:
:
:
:
:
Plan
1 600
1 600
1 600
1 600
1 600
DE90074
80
H
L
D
CP 253 SAH
Dimensions (mm)
Nombre de gradins
1
H : 2 000, L : 1 500,
2
H : 2 000, L : 2 600,
3
H : 2 000, L : 3 700,
4
H : 2 000, L : 4 800,
5
H : 2 000, L : 5 900,
Plan
D
D
D
D
D
:
:
:
:
:
2 400
2 400
2 400
2 400
2 400
DE90075
80
H
L
D
CP 230
DE90077
DE90065
CP 229
69
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Services
Sommaire
Expertise Schneider Electric
Maintenance & fin de vie 72
73
71
Services
Expertise Schneider Electric
Depuis plus de 50 ans, Schneider Electric
conçoit et fabrique des équipements
de compensation d’énergie réactive
et de filtrage des harmoniques.
Depuis l’origine, il est apparu clairement
que les mesures sur site étaient souvent
déterminantes. C’est pourquoi Schneider
Electric s’est dotée d’une équipe
de spécialistes pour effectuer mesures,
audits de site, simulations et expertises.
Chaque catégorie de service est organisée
en différents niveaux. Le niveau dépend de
l’équipement utilisé (cosφ-mètre, enregistreur
d’harmoniques, analyseur de réseau, …) et de
la qualification de l’intervenant.
L’offre “services” inclut :
• mesures sur site,
• installation, supervision et mise en service,
• dépannages, maintenance,
• simulations et études,
• location d’appareil de mesure
(analyseurs de réseau…),
• sessions de formation.
Services Schneider Electric
Ecouter, Comprendre, Agir, c’est le cercle vertueux qui vous garantit
l’efficacité énergétique dont vous avez besoin.
• Ecouter
Cela signifie rassembler des informations sur l’état de l’installation
et toutes les difficultés relatives à son fonctionnement.
Cela nécessite un audit -> des mesures spécifiques -> l’enregistrement
des paramètres caractéristiques des points clés du réseau.
• Comprendre
Une fois les informations rassemblées, un diagnostic doit être établi
et les actions correctives identifiées et définies
• Agir
C’est la phase décisive ; suppression des perturbations réseau,
correction du facteur de puissance, installation d’une éventuelle
alimentation de secours… et c’est aussi le coeur de notre expertise.
Dans tous les cas, la solution idéale consiste à corriger, mais aussi et
surtout à surveiller l’efficacité des solutions installées sur une période de
temps donnée. Une installation est vivante et comme tout être vivant ses
caractéristiques évoluent avec le temps.
Dans de nombreux pays, l’équipe Services locale de Schneider Electric
a la compétence et le matériel nécessaires pour effectuer les mesures,
diagnostics, dépannages requis.
Les spécialistes de Schneider Electric peuvent être sollicités pour
apporter un support ou leur expertise pour des cas spécifiques
ou particulièrement critiques.
PE90100
Des sessions de formation peuvent être organisées pour former
ou mettre à jour les connaissances de vos équipes d’installation
ou de maintenance.
Nos spécialistes peuvent également être sollicités pour participer
à des conférences, séminaires, présentations sur la compensation
de l’énergie réactive, le filtrage des harmoniques, la qualité
de l’énergie…
Diagnostic de l’installation
•
•
•
•
•
Evaluation de l’état des batteries de condensateurs.
Mesure des températures de fonctionnement.
Enregistrement des tensions, courants, puissances active et réactive.
Enregistrement des spectres de tensions et de courants harmoniques.
Enregistrement des phénomènes de tensions et courants transitoires.
Définition de la solution
•
•
•
•
72
Proposition de remplacement des condensateurs et plans de substitution.
Gestion du processus de destruction.
Evolution de la correction du facteur de puissance.
Réduction de la distorsion harmonique des réseaux.
PE90090
Maintenance & fin de vie
Maintenance
Vérifications périodiques
Vérifier et nettoyer si besoin les systèmes de ventilation
(périodicité dépendant des conditions locales).
Vérifications annuelles
• Vérifier le serrage des connexions.
• Vérifier la propreté des isolateurs.
• Vérifier les valeurs de U, I, Capacité batteries et condensateurs
• Mesurer la température ambiante pour la batterie de
condensateurs.
• Vérifier le fonctionnement des chaînes de protection.
Défauts et remèdes
• Claquage d’un condensateur triphasé
Il se manifeste par la fusion d’un ou plusieurs fusibles HPC.
L’identification du condensateur défectueux se fait par mesure
de capacité (variation de capacité > à 10 % = défectueux).
Le remplacement immédiat du condensateur et des trois fusibles HPC
est impératif.
• Claquage d’un condensateur monophasé
Il se manifeste par un déclenchement de protection de déséquilibre.
L’identification se fait par une mesure de capacité de chaque
condensateur (variation de capacité > à 10 % = défectueux).
Le remplacement immédiat du condensateur est impératif
(un rééquilibrage de la batterie est parfois nécessaire ; nous consulter).
PE90091
NB : en cas de fusibles internes, le remplacement des condensateurs
dont la capacité a varié de plus de 4 à 5 % est fortement recommandé.
Fin de vie des condensateurs Propivar NG
Les condensateurs des gammes Schneider Electric contiennent un
liquide diélectrique non PCB. Sa valorisation en fin de vie doit
impérativement être réalisée par un centre de traitement des
déchets agréé pour les huiles, conformément à la législation locale
en vigueur.
Si le condensateur est endomagé et présente une fuite de liquide,
il doit être mis sur un bac de rétention de liquide et son transport
vers le centre de traitement doit être réalisé par un transporteur agréé.
Opérations de démantèlement et de valorisation en fin de vie
(à faire au-dessus d’un bac de rétention)
• Percer la cuve du condensateur et récupérer l’huile d’imprégnation qui
doit suivre une filière d’incinération avec récupération d’énergie.
• Découper la cuve sous le couvercle et extraire la partie interne
du condensateur.
• Faire égoutter la partie interne et la cuve.
• La cuve du condensateur, en acier, est recyclable.
• Séparer l’ensemble couvercle + traversées, de la partie interne.
• La partie interne du condensateur doit suivre une filière de cisaillage,
incinération et récupération des métaux.
• L’ensemble couvercle + traversées doit être broyé pour récupération
des métaux (acier, cuivre et laiton).
73
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Guide de sélection
Sommaire
Conditions d'installation & caractéristiques générales
Châssis/cabine & condensateurs Propivar NG
Equipements complémentaires
76
77
78
75
Guide de
Conception
Conditions d'installation
& caractéristiques générales
Ce canevas spécifie l’ensemble des données à fournir à Schneider Electric de la phase "devis"
à la phase "réalisation de la commande".
Conditions de site
Pays
Altitude v ≤ 1000 m
v > 1000 m
Ambiance v Normale
v Saline
v SO2
v Autre
Pollution / Ligne de fuite
v Faible I (16 mm/kV)
isolateurs et bushings
v Moyenne II (20 mm/kV)
v Forte III (25 mm/kV)
v Très Forte IV (31 mm/kV)
Puissance
de court-circuit (MVA)
Température (°C)
v > -25 °C
v ≤ 40 °C
v 45 °C
v 50 °C
v 55 °C
Normes
CEI
v
Autres v
Caractéristiques générales
Type de la batterie (STD, SAH, filtre) v STD v SAH v Filtre
Tension assignée (kV)
Puissance (kvar) Fréquence assignée (Hz) v 50 v 60
Niveau d’isolement
Tension la plus élevée pour le matériel UM kV
Tension d’essai à fréquence industrielle (50 Hz - 1 mn)kV eff
Tension d’essai à l’onde de choc (1,2 / 50 μs) kV crête
Couplage
v Double étoile
v Triangle
v H monophasé
v Monophasé
v Autre
Tenue au courant de court-circuit
v Suivant condition de site
v Autre
kA
sec
v 1 v 3
Tensions auxiliaires
V CC v 24 v 48 v 60 v 110 v 125 v 220
V CA v 110 v 127 v 220-230
76
Guide de
Conception
Châssis/cabine
& condensateurs Propivar NG
Châssis/cabine
Type v Intérieur
v Extérieur
Indice de protection v IP 00 v IP 54 Matériau châssis
v Acier v Aluminium
Matériau panneau
v Acier v Aluminium
Revêtement châssis
v Nu
Revêtement panneau
v Nu
Double toit v Oui Couleur
v Standard fournisseur
RAL
Porte v Standard fournisseur
Serrure (type) v Standard fournisseur
v IP 23
v Autre :
v Acier galvanisé
v Acier inox
v Acier galvanisé
v Acier inox
v Peint
v Peint
v Non
v Autre
v Autre
v Autre
Condensateurs Propivar NG
Type
v Triphasé v Monophasé
Tension dimensionnement (V)
Fréquence assignée (Hz) v 50 v 60
Définition gradins
N°
123456
kvar
séquence
Niveau d’isolement
Tension la plus élevée pour le matériel UM kV
Tension d’essai à fréquence industrielle (50Hz - 1 mn) kV eff
Tension d’essai à l’onde de choc (1,2 / 50 μs) kV crête
Fusibles internes v Oui v Non
Ligne de fuite des bornes
v Standard fournisseur v Autre
mm
mm/kV v 16 v 20 v 25 v 31
Résistances de décharge internes V/min v 75/10 v 50/5
Température
Max. (°C) v ≤ 40 v 45 v 50 v 55
Min. (°C) v -25 v autre
Gradient
v Standard fournisseur v Autre
V/μm
77
Guide de
Conception
Equipements complémentaires
Relais de déséquilibre
v
Relais v Standard fournisseur v Autre
Type
Seuils v Déclenchement
v Alarme et déclenchement
Montage
v Livré séparément
v Dans batterie
v Dans coffret ou armoire avec la partie
contrôle commande
Selfs anti harmoniques
v
Type v Imprégné résine v Enrobé résine
v Immergé huile v Air
v Mono v Tri
Installation v Intérieure v Extérieure
v Dans cabine v Hors cabine
Rang d’accord
TP mesure
Tension assigné (V/V) (primaire/ secondaire)
Fonction de décharge Quantité TC protection Puissance (VA)
Classe de précision Nombre de phases protégées v
v Oui v Non
v 2 v 3
v
v 5P v 3P
v 1 v 2 v 3
Interrupteur de manœuvre
v
Type
v Disjoncteur v Contacteur
Technologie de coupure
v SF6 v Vide
Fusibles
v
Dispositif de protection contre
la marche en monophasé
v
Self de choc
v
TP décharge rapide
v
78
Guide de
Conception
Equipements complémentaires
Parafoudres (par défaut un par phase)
v
Sectionneur de ligne v
Sectionneur de mise à la Terre (SMALT) v
Type v Tripolaire v Pentapolaire
Raccordement SMALT v Côté câble v Côté batterie
Quantité v 1 par gradin v 1 global
Sectionneur Combiné (Sectionneur de ligne et SMALT)
Raccordement SMALT v
v Côté câble v Côté batterie
Interverrouillage
v
v Schema standard du fournisseur
v Autres, à définir
Contrôle - Commande
v
Nombre de gradins à contrôler
Installation v Coffret
v Armoire
v Dans batterie
Régulateur v Oui v Non
Type
v NR6/NR12 vNRC12
Séquence
Com. Modbus
v Oui vNon
Mesure U (V)
Mesure I (A) v 1 A v 5 A
Relais protection
Fonctions
v Déséquilibre
v Sur intensité
v Sur tension
v Autre :
Type
Quantité v Par gradin v Global
Fonction Auto / 0 / Manu v Oui v Non
Voyants
Par défaut
R Présence tension aux.
R ON / gradin
R OFF / gradin
R Alarme-déséquilibre-fusion fusible
Autre Accessoires
Ventilation Type Eclairage dans batterie v
v Standard fournisseur v Autre
v Oui v Non
79
Compensation
d’énergie réactive
et filtrage
d’harmoniques
Guide technique
Sommaire
Rappels sur I’énergie réactive
82
Pourquoi compenser ?
84
Méthode de détermination de la compensation
86
Commande des batteries de condensateurs
90
Protection et schémas des batteries de condensateurs
93
Cas types de compensation
94
Définitions et terminologies des condensateurs
96
L’énergie réactive
Compensation de I’énergie réactive
Energie réactive et composants des réseaux
Facteurs de puissance des appareils les plus courants
Avantages économiques
Avantages techniques
Diminution des pertes en ligne fonction de l’amélioration du facteur de puissance
Evaluation économique de la compensation
Première étape : calcul de la puissance réactive
Deuxième étape : choix du mode de compensation
Troisième étape : choix du type de compensation
Quatrième étape : comment tenir compte des harmoniques
Caractéristiques générales de l’appareillage
Type d’appareillage
Enclenchement des batteries de condensateurs
Tableau des valeurs caractéristiques à l’enclenchement des condensateurs
Déclenchement des batteries de condensateurs
Appareillage utilisé pour la commande des condensateurs
Caractéristiques des appareillages MT
Les condensateurs
Batterie triangle
Batterie en double étoile
Compensation des moteurs asynchrones en MT
Compensation des transformateurs en MT
81
L’énergie réactive
Dans un circuit électrique, la puissance active P
est la puissance réelle transmise aux charges
telles que moteurs, lampes, fours, radiateurs,
ordinateurs…
La puissance active électrique est transformée
en puissance mécanique, en chaleur ou
en lumière. L’unité physique est le watt (W),
les multiples kilowatt (kW) ou mégawatt (MW)
étant utilisés par commodité.
Dans un circuit où la tension efficace appliquée
est Urms et où circule un courant efficace Irms,
la puissance apparente S est le produit Urms x Irms.
La puissance apparente est alors la base du
dimensionnement de l’équipement électrique.
Un appareil (transformateur, cable, interrupteur…)
doit être conçu en fonction des valeurs efficaces
des tensions et courants.
L’unité physique pour la puissance apparente est
le volt-ampère (VA), les multiples kilo-volt-ampère
(kVA) ou méga-volt-ampère (MVA) étant utilisés
par commodité.
Le facteur de puissance λ est le rapport
de la puissance active P (kW) sur la puissance
apparente S (kVA) pour un circuit donné.
λ = P(kW)/S(kVA).
Dans le cas particulier où le courant et la tension
sont sinusoïdaux et déphasés d’un angle φ,
le facteur de puissance est égal à cosφ, appelé
facteur de déplacement.
Pour la plupart des charges électriques telles
que les moteurs, le courant I est en retard sur
la tension V d’un angle φ.
Dans la représentation vectorielle, le courant peut
donc être décomposé en deux composantes :
• Ia en phase avec la tension et appelée
composante "active",
• Ir en quadrature avec la tension et appelée
composante "réactive".
82
DE90086
Rappels sur l’énergie réactive
Le diagramme précédent établi pour les courants
s’applique aussi aux puissances, en multipliant
chaque courant par la tension commune V.
On définit ainsi :
• la puissance apparente : S = V x l (kVA),
• la puissance active : P = V x la = V x I x cosφ (kW),
• la puissance réactive : Q = V x lr = V x I x sinφ (kvar).
L’unité physique de la puissance réactive est
le volt-ampère-réactif (var), les multiples
kilo-volt-ampère-réactif (kvar), et méga-volt-ampèreréactif (Mvar) étant utilisés par commodité.
DE90087
Guide technique
Le courant réactif Ir est la composante absorbée
par les circuits magnétiques inductifs
des machines électriques (transformateurs
et moteurs).
La puissance réactive est donc communément
associée à la magnétisation des circuits
magnétiques des machines.
Ainsi, la source d’alimentation doit fournir non
seulement la puissance active P mais aussi
la puissance réactive Q, résultant en
une puissance apparente S.
On utilise souvent la fonction tgφ qui est égale à :
tgφ = Q(kvar)/P(kW).
Sur une période de temps donnée, ce rapport est
aussi celui des énergies réactive (Wr) et active
(Wa) consommées :
tgφ = Wr(kvarh)/Wa(kWh).
Dans certains pays, ce rapport est utilisé pour
établir la facturation de l’énergie réactive.
DE90088
Compensation de I’énergie réactive
La circulation de l’énergie réactive a
des incidences techniques importantes sur
le choix des matériels, le fonctionnement
des réseaux et, par conséquent,
des incidences économiques.
En effet, pour une même puissance active P
utilisée, il faut fournir d’autant plus de puissance
apparente S que le cosφ est faible, c’est-à-dire
que l’angle φ est élevé.
Qr
Qc
Fig.1 : principe
de la compensation
d’énergie réactive
Ainsi, la circulation de I’énergie réactive
sur les réseaux de distribution entraîne,
du fait d’un courant appelé trop important :
• des surcharges au niveau des transformateurs,
• des chutes de tension en bout de ligne,
• l’échauffement des câbles d’alimentation,
donc des pertes d’énergie active.
DE90089
Pour ces raisons fondamentales, il est nécessaire
de produire l’énergie réactive le plus près
Transformateur possible des moteurs et des transformateurs, pour
éviter qu’elle ne soit appelée sur le réseau.
Pour éviter de sur-calibrer son réseau, le distributeur d’énergie incite donc ses clients à améliorer
le facteur de puissance, par une facturation
de l’énergie réactive au-delà d’un certain seuil.
Energie
active
Moteur
Avant compensation
Le principe de la Compensation d’Energie Réactive
est de générer la puissance réactive à proximité de
la charge, de manière à soulager la source
d’alimentation. Des condensateurs sont
le plus communément utilisés pour fournir
de la puissance réactive. Sur la figure 1,
la puissance réactive Qc fournie par
des condensateurs permet de réduire la puissance
apparente de la valeur S à la valeur S’.
Energie réactive
et composants des réseaux
Machines synchrones
Ces machines ont une fonction de générateurs
(d’énergie active) lorsqu’ils transforment l’énergie
mécanique en énergie électrique. Ce sont
des moteurs dans le cas inverse. En agissant
sur leur excitation, ces machines peuvent fournir
ou absorber de l’énergie réactive.
Dans certains cas, la machine ne fournit aucune
énergie active: c’est le compensateur synchrone.
Machines asynchrones
Elles se différencient des précédentes, en particulier, par leur propriété d’être toujours consommatrices d’énergie réactive. Cette énergie est très
importante: de 25 à 35 % de l’énergie active à
pleine charge, beaucoup plus à charge partielle.
Le moteur asynchrone est universellement
répandu. C’est le principal consommateur
d’énergie réactive des réseaux industriels.
Lignes et câbles
Les caractéristiques inductives et capacitives
des lignes aériennes et des câbles sont telles
qu’ils sont consommateurs d’énergie réactive.
Transformateurs
Les transformateurs absorbent de l’énergie
réactive correspondant à environ 5 à 10 %
de l’énergie apparente qu’ils transitent.
Inductances
Les inductances sont essentiellement consommatrices d’énergie réactive. Les pertes d’énergie
active ne représentent qu’un faible pourcentage de
l’énergie réactive (QR) consommée.
Condensateurs
Les condensateurs génèrent de l’énergie réactive
avec de très faibles pertes, d’où leur emploi dans
l’application de compensation d’énergie réactive (QC).
DE90089
Facteurs de puissance des appareils les plus courants
Appareil
cos φ tg φ
Moteur asynchrone chargé à 0 %
0,17
5,80
25 %
0,55
1,52
Puissance rendue
50 %
0,73
0,94
disponible 75 %
0,80
0,75
100 %
0,85
0,62
Energie
Lampes à incandescence
≈ 1
≈0
active
Lampes fluorescente non compensée
≈ 0,5
≈ 1,73
Lampes fluorescente compensée (0,93)
0,93
0,39
Lampes à décharge
0,4 à 0,6
2,29 à
Fours à résistance
≈ 1
≈0
Energie
Fours à induction avec compensation intégrée
≈ 0,85
≈ 0,62
réactive
Fours à chauffage diélectrique
≈ 0,85
≈ 0,62
fournie par
condensateur Machines à souder à résistance
0,8 à 0,9
0,75 à
Postes statiques monophasés de soudage à l’arc
≈ 0,5
1,73
Moteur
Groupes rotatifs de soudage à l’arc
0,7 à 0,9
1,02 à
Transformateurs-redresseurs de soudage à l’arc
0,7 à 0,8
1,02 à
Fours
à
arc
0,8
0,75
Après compensation
Transformateur
1,33
0,48
0,48
0,75
83
Guide technique
Pourquoi compenser ?
L’amélioration du
facteur de puissance
d’une installation,
appelée compensation,
présente de multiples
avantages d’ordre
économique
et technique.
Avantages économiques
Ces avantages sont les suivants :
• suppression de la facturation
des consommations excessives d’énergie
réactive
• réduction de la puissance souscrite en kVA,
• diminution de l’énergie active consommée
en kWh (réduction des pertes Joule).
Avantages techniques
• Réduction de la chute de tension
La circulation de courants réactifs est responsable
de chutes de tension le long des lignes d’alimentation.
Celles-ci sont préjudiciables au bon
fonctionnement des récepteurs même si la tension
en tête de ligne est correcte. La présence
d’une batterie de condensateurs en bout de ligne
en permettra la diminution.
Le maintien relatif de la tension en bout de ligne
est défini par la formule suivante :
ΔU(%) ≈ XLxQ/U²
• Augmentation de la puissance active
transportée par les lignes à pertes égales
Un accroissement d’activité oblige souvent à
transporter une puissance active plus importante
afin de satisfaire aux besoins énergétiques
des récepteurs. La mise en place de batterie
de condensateurs permettra l’augmentation
de la capacité de transport sans modification
des lignes électriques existantes.
Le graphique ci-dessous donne, en fonction
de l’amélioration du facteur de puissance.
le pourcentage d’augmentation de la puissance
transportée à pertes actives égales.
DE90090
Les avantages apportés par la compensation
d’énergie réactive sont tels qu’ils permettent d’obtenir très rapidement un retour sur
l’investissement consenti.
• Augmentation de la puissance active
disponible au secondaire des transformateurs
L’installation de moyens de compensation aux
bornes aval d’un transformateur surchargé permet
de dégager une réserve de puissance utilisable
pour une extension éventuelle de l’usine sans
avoir à changer le transformateur et ainsi
de différer un investissement important.
Augmentation de la puissance active
transportée
dans laquelle :
XL : réactance de la ligne,
Q : puissance réactive de la batterie
de condensateurs,
U : tension réseau.
• Diminution des pertes en ligne à puissance
active constante
Les pertes dues à la résistance des conducteurs
sont intégrées dans la consommation enregistrée
par les compteurs d’énergie active (kWh).
Elles sont proportionnelles au carré du courant
transporté et diminuent au fur et à mesure que
le facteur de puissance augmente.
Le tableau ci-dessous donne, en fonction
de l’amélioration du facteur de puissance,
le pourcentage de diminution des pertes en ligne.
Exemple : si avant compensation, cosφ1 = 0,7 et
après compensation cosφ2 = 0,9, on gagne 35 %
de puissance transportée à pertes actives égales
Diminution des pertes en ligne fonction de l’amélioration du facteur de puissance
Cosφ1
Diminution des pertes en ligne à puissance active constante en fct de cosφ2 (%)
avant compensation Cosφ20,8 0,850,9 0,910,920,930,940,950,960,970,980,99
0,70
23 32 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50
0,72
19 28 36 37 39 40 41 43 44 45 46 47
0,74
14 24 32 34 35 37 38 39 41 42 43 44
0,76
10 20 29 30 32 33 35 36 37 39 40 41
0,78
5
16 25 27 28 30 31 33 34 35 37 38
0,80
0
11 21 23 24 26 28 29 31 32 33 35
0,82
7
17 19 21 22 24 25 27 29 30 31
0,84
2
13 15 17 18 10 22 23 25 27 28
0,86
9
11 13 14 16 18 20 21 23 25
0,88
4
6
9
10 12 14 16 18 19 21
0,90 2 4
6
8
10 12 14 16 17
réduction des pertes de 0 à 15%
réduction des pertes de 15 à 30%
réduction des pertes de 30 à 50%
84
Evaluation économique
de la compensation
L’intérêt économique de la compensation
est mesuré en comparant le coût d’installation
des batteries de condensateurs aux économies
qu’elles procurent.
Coût des batteries de condensateurs
Le coût des batteries de condensateurs dépend
de plusieurs paramètres dont :
• le niveau de tension ;
• la puissance installée ;
• le nombre de gradins ;
• le mode de commande ;
• le niveau de qualité de la protection.
Les condensateurs peuvent être installés
soit en basse tension, soit en moyenne tension.
On retiendra que :
• la compensation en moyenne tension devient
économiquement intéressante lorsque
la puissance à installer est supérieure à 800 kvar
;
• en deçà de cette valeur, la compensation se fera,
si possible, de préférence en basse tension.
Economies procurées
Illustrons ceci sur l’exemple ci-dessous
d’une installation comportant un transformateur
20kV / 400V de puissance 630 kVA (puissance
apparente nominale).
• Installation sans condensateur
Caractéristique de l’installation : P = 500 kW
à cosφ = 0,75.
Conséquences :
- la puissance apparente S est égale à 667 kVA,
- le transformateur est surchargé d’un facteur
667/630 soit environ 6 %,
- la puissance réactive Q est égale à 441 kvar
(cosφ = 0,75 correspond à tgφ = 0,882) et
fait l’objet d’une facturation par le Distributeur
d’Energie,
- le disjoncteur et les câbles sont choisis pour
un courant total de 962 A,
- les pertes dans les câbles sont proportionnelles
au carré du courant soit (962)2.
• Installation avec condensateur
Caractéristique de l’installation : P = 500 kW
à cosφ = 0,928.
Conséquences :
- la puissance apparente S est égale à 539 kVA,
- le transformateur n’est plus surchargé.
On dispose d’une réserve de puissance égale
à 630/539 soit environ 17 %,
- la puissance réactive Q est égale à 200 kvar
(cosφ = 0,928 correspond à tgφ = 0,4).
Cette puissance réactive fait l’objet
d’une facturation réduite ou nulle par
le Distributeur d’Energie,
- les pertes dans les câbles sont diminuées
dans le rapport de (778)2/(962)2 = 0,65 soit 35%
de gain.
L’énergie réactive est fournie localement par
une batterie de condensateur dont la puissance
est de 240 kvar.
85
Guide technique
Méthode de détermination
de la compensation
La détermination de
la compensation d’une
installation s’effectue
en 4 étapes.
• Calcul de
la puissance réactive.
• Choix du mode
de compensation.
- Globale pour l’ensemble de I’installation.
- Par secteurs.
- Individuelle
par récepteur.
• Choix du type
de compensation.
- Fixe par mise
en/hors service
d’une batterie
fournissant
une quantité fixe
de kvar.
- Automatique par mise
en/hors service
de "gradins" fractionnant la puissance
de la batterie et
permettant de s’adapter au besoin de kvar
de I’installation.
• Prise en compte
des harmoniques.
Dans ce qui suit,
nous développons
ces différentes étapes.
Première étape : calcul de
la puissance réactive
Exemple : un moteur
a une puissance
nominale de 1000 kW
et un cosφ de 0,8
(tgφ = 0,75).
Pour obtenir
cosφ = 0.95,
il faut installer
une puissance réactive
en condensateurs
égale à k x P soit :
Qc = 0,421 x 1000 =
421 kvar
86
Principe du calcul
II s’agit de déterminer la puissance réactive Qc (kvar)
à installer afin d’augmenter le facteur de puissance
cosφ et réduire la puissance apparente S.
Pour φ’ < φ, on aura: cosφ’ > cosφ et tgφ’ < tgφ.
Ceci est illustré par la figure ci-dessous.
DE90091
Pa
S’
QR
S
Qc
Pour calculer Qc deux approches sont possibles,
en fonction des données disponibles :
• calcul à partir des données de facturation ;
• calcul à partir des données électriques
de I’installation.
Calcul à partir des factures
L’objectif est ici de supprimer la facturation
appliquée par le distributeur d’énergie.
Pour cela procéder comme suit :
• considérer la consommation mensuelle
d’énergie réactive R en kvarh,
• évaluer la durée t de fonctionnement
(en heures) pendant laquelle l’énergie réactive
est facturée au cours de ce mois.
Les heures à prendre en compte sont les heures
pleines et les heures de pointe, soit 16 h par jour,
s’il n’y a pas de facturation de réactif pendant
les heures creuses. Dans ces conditions,
on prendra l’estimation suivante de t pour
les entreprises fonctionnant en :
• 1 fois 8 h ; t = 176 h (soit 22 jours),
• 2 fois 8 heures ; t = 308 h,
• 3 fois 8 heures ; t = 400 h.
En déduire la puissance réactive à installer:
Qc= R (kvarh) / t (heures)
Calcul à partir des données de l’installation
Le calcul de la puissance à installer se fait à partir
du cosφ ou de tgφ mesurés pour l’installation.
Le calcul de Qc peut se faire :
• directement à partir de la relation
Qc = P x(tgφ-tgφ’) qui découle de la figure, avec
- Qc : puissance de la batterie de condensateurs en kvar,
- P : puissance active de la charge en kW,
- tgφ: tangente de l’angle de déphasage avant
compensation,
- tgφ’: tangente de l’angle de déphasage après
compensation.
• par le tableau ci-dessous, en connaissant
tgφ ou cosφ de l’installation existante et tgφ’
ou cosφ’ que l’on veut obtenir.
Avant
Puissance réactive (kvar) à installer par kW de charge pour obtenir l’objectif cosφ’ ou tgφ’
compensationtgφ 0,75 0,6200,4840,4560,4260,3950,3630,3290,2920,2510,2030,1420,000
cosφ 0,80 0,850,900,910,920,930,940,950,960,970,980,991,000
tgφ
cosφ
2,29 0,4 1,541 1,6721,8071,8361,8651,8961,9281,9632,0002,0412,0882,1492,291
2,16 0,42
1,411 1,5411,6761,7051,7351,7661,7981,8321,8691,9101,9582,0182,161
2,04 0,44
1,291 1,4211,5571,5851,6151,6461,6781,7121,7491,7901,8381,8982,041
1,93 0,46
1,180 1,3111,4461,4751,5041,5351,5671,6021,6391,6801,7271,7881,930
1,83 0,48
1,078 1,2081,3431,3721,4021,4321,4651,4991,5361,5771,6251,6851,828
1,73 0,5 0,982 1,1121,2481,2761,3061,3371,3691,4031,4401,4811,5291,5901,732
1,64 0,52
0,893 1,0231,1581,1871,2171,2471,2801,3141,3511,3921,4401,5001,643
1,56 0,54
0,809 0,9391,0741,1031,1331,1631,1961,2301,2671,3081,3561,4161,559
1,48 0,56
0,729 0,8600,9951,0241,0531,0841,1161,1511,1881,2291,2761,3371,479
1,40 0,58
0,655 0,7850,9200,9490,9791,0091,0421,0761,1131,1541,2011,2621,405
1,33 0,6 0,583 0,7140,8490,8780,9070,9380,9701,0051,0421,0831,1301,1911,333
1,27 0,62
0,515 0,6460,7810,8100,8390,8700,9030,9370,9741,0151,0621,1231,265
1,20 0,64
0,451 0,5810,7160,7450,7750,8050,8380,8720,9090,9500,9981,0581,201
1,14 0,66
0,388 0,5190,6540,6830,7120,7430,7750,8100,8470,8880,9350,9961,138
1,08 0,68
0,328 0,4590,5940,6230,6520,6830,7150,7500,7870,8280,8750,9361,078
1,02 0,70
0,270 0,4000,5360,5650,5940,6250,6570,6920,7290,7700,8170,8781,020
0,96 0,72
0,214 0,3440,4800,5080,5380,5690,6010,6350,6720,7130,7610,8210,964
0,91 0,74
0,159 0,2890,4250,4530,4830,5140,5460,5800,6170,6580,7060,7660,909
0,86 0,76
0,105 0,2350,3710,4000,4290,4600,4920,5260,5630,6050,6520,7130,855
0,80 0,78
0,052 0,1830,3180,3470,3760,4070,4390,4740,5110,5520,5990,6600,802
0,75 0,80
0,1300,2660,2940,3240,3550,3870,4210,4580,4990,5470,6080,750
0,70 0,82
0,0780,2140,2420,2720,3030,3350,3690,4060,4470,4950,5560,698
0,65 0,84
0,0260,1620,1900,2200,2510,2830,3170,3540,3950,4430,5030,646
0,59 0,86
0,1090,1380,1670,1980,2300,2650,3020,3430,3900,4510,593
0,54 0,88
0,0550,0840,1140,1450,1770,2110,2480,2890,3370,3970,540
0,48 0,90
0,0290,0580,0890,1210,1560,1930,2340,2810,3420,484
Deuxième étape : choix du mode
de compensation
Où installer les condensateurs?
La localisation des condensateurs sur un réseau
électrique est déterminée par :
• le but recherché (suppression des pénalités,
soulagement des câbles, transformateurs...,
relèvement du plan de tension),
• le régime de charge (stable ou rapidement
variable),
• l’influence prévisible des condensateurs sur
les caractéristiques du réseau,
• le coût de l’installation.
La compensation de l’énergie réactive peut être :
• globale,
• répartie par secteur,
• individuelle par récepteur.
Il est plus économique d’installer des batteries
de condensateurs en moyenne et haute tension
pour des puissances supérieures à environ
800 kvar. L’analyse des réseaux des différents
pays montre cependant qu’il n’y a pas de règle
universelle.
Compensation globale
La batterie est raccordée en tête d’installation
à compenser et assure la compensation pour
l’ensemble de l’installation. Elle convient lorsque la
charge est stable et continue.
Exemple ci-dessous :
• batterie HT sur réseau de distribution HT(1),
• batterie MT pour abonné MT (2),
• batterie BT régulée ou fixe pour abonné BT (3).
Compensation par secteur
La batterie est raccordée en tête du secteur
d’installation à compenser. Elle convient lorsque
l’installation est étendue et comporte des ateliers
dont les régimes de charge sont différents.
Exemple ci-dessous :
• batterie MT sur réseau MT (4),
• batterie BT par atelier pour abonné MT (5).
Compensation individuelle
La batterie est raccordée directement
aux bornes de chaque récepteur de type inductif
(notamment les moteurs). Elle est à envisager
lorsque la puissance du moteur est importante par
rapport à la puissance souscrite.
Cette compensation est techniquement idéale
puisqu’elle produit l’énergie réactive à l’endroit
même où elle est consommée, et en quantité
ajustée à la demande. Exemple ci-dessous, banc
de condensateurs BT (6) .
DE90092
Réseau HT de distribution
Réseau MT de distribution
Transfo de
distribution
MT/BT
Transfo
MT/BT
Transfo
MT/BT
JdB BT
Abonné BT
Abonné MT
Abonné MT
Synthèse localisations de compensation
87
Guide technique
Méthode de détermination
de la compensation
Troisième étape : choix du type
de compensation
Les types de compensation MT
Les batteries de condensateurs sont en dérivation
sur le réseau. Elles peuvent être
fixes ou automatiques.
Compensation fixe
L’ensemble de la batterie est mis en service, avec
une valeur fixée de kvar. C’est un fonctionnement
de type "tout ou rien".
Les condensateurs sont d’une puissance unitaire
constante et leur mise en/hors service peut-être :
• manuelle, par disjoncteur ou interrupteur,
• semi-automatique par contacteur,
• asservie aux bornes de récepteurs inductifs
(moteurs ou transformateurs).
Ce type de compensation est utilisé :
• lorsque leur puissance réactive est faible
(< 15 % de la puissance du transformateur
amont) et la charge relativement stable,
• sur les réseaux de transport HT, THT pour
des puissances pouvant atteindre 100 Mvar.
Compensation automatique
Les batteries sont fractionnées en "gradins"
avec possibilité de mettre en service ou hors
service plus ou moins de gradins en général
de façon automatique. C’est un "ajustement
automatique" aux besoins.
Ces batteries sont très utilisées par certaines
grosses industries (forte puissance installée)
et les distributeurs d’énergie dans les postes
sources.
Elle permet une régulation pas à pas
de l’énergie réactive.
Chaque gradin est manœuvré avec un interrupteur
ou un contacteur à coupure dans le SF6.
L’enclenchement ou le déclenchement
des gradins de condensateurs peut être piloté
par des relais varmétriques. Pour cela,
un transformateur de courant doit être placé
en amont des récepteurs et des batteries.
Quatrième étape : comment tenir
compte des harmoniques
Les courants harmoniques circulent dans
une installation en raison de la présence de
récepteurs non linéaires (ex. variateurs de
vitesse, onduleurs, fours à arc, éclairage). La
circulation des courants harmoniques dans
les impédances du réseau crée des tensions
harmoniques.
On mesure l’importance de la perturbation
harmonique sur un réseau par :
• le taux individuel u(%) des tensions
harmoniques, qui donne une mesure
de l’importance de chaque harmonique
par rapport au fondamental.
Pour l’harmonique de rang h ce taux est :
u(%) = 100xUh/U1 où Uh est la tension harmonique
de rang h au point considéré
et U1 la tension fondamentale ;
• le taux global de distorsion en tension THDU (%)
qui donne une mesure de l’influence thermique de
l’ensemble des harmoniques.
H
THDU (%) = 100x
U 2h
1
U1
H est généralement limité à 40.
De la même manière on définit un taux individuel
et une distorsion en courant. En général,
on considère que le niveau de perturbation
harmonique est acceptable dans une installation
tant que le taux de distorsion en tension
ne dépasse pas 8 % en valeur globale,
selon CEI 61000-2-4.
88
Effets des harmoniques sur les condensateurs
• Absorption de courants harmoniques
Les condensateurs ne génèrent pas
d’harmoniques de courant mais y sont
très sensibles.
L’impédance d’un condensateur
Zc = 1/Cω = 1/C2πf décroît lorsque
la fréquence augmente. Elle offre ainsi,
d’une certaine façon, une moindre résistance
face à un courant harmonique en cas de
distorsion de tension. Ceci se traduit par
une augmentation du courant dans
le condensateur.
• Risque de résonance
La présence d’un condensateur dans un réseau
peut amplifier certains rangs d’harmoniques.
Ceci est lié à un phénomène de résonance dont
la fréquence est fonction de l’impédance
du réseau (ou de sa puissance de court-circuit).
La fréquence de résonance (fréquence propre) est
égale à :
fpropre =
Scc
x
f
Q
Scc : puissance de court-circuit en kVA.
Q : puissance de la batterie de condensateur en kvar.
f : fréquence d’alimentation.
La résonance sera d’autant plus marquée que
fpropre est proche de celle d’un des harmoniques
présents. La surcharge en courant appliquée
provoquera l’échauffement puis le vieillissement
prématuré du condensateur.
Solutions pour limiter les contraintes dues
aux harmoniques
• surdimensionnement des liaisons
du condensateur au réseau : câbles, lignes,
appareillages, devront être dimensionnées
à au moins 1.43 Ic, valeur du courant assigné
à 50 Hz du condensateur,
• surdimensionnement en tension
des condensateurs,
• utilisation de selfs anti-harmoniques associées
aux condensateurs surdimensionnés.
En MT, la self anti-harmonique associée en série
avec le condensateur est calculée en général
pour constituer un ensemble accordé à 215 Hz
(50 Hz) ou 260 Hz (60 Hz). Cette fréquence ne
correspondant à aucun rang d’harmonique,
ceci permet de réduire à la fois les surtensions
harmoniques aux bornes du condensateur
résultant de la résonance, et les courants de
surcharge traversant le condensateur.
Solutions pour respecter le taux admissible
de distorsion dans un réseau
Indépendamment de leur effet sur les condensateurs,
la présence d’harmoniques dans un réseau génère un
taux de distorsion en tension. Le fournisseur d’énergie
limite les valeurs du taux de distorsion acceptable au
point de livraison en dessous
d’un certain seuil.
Choix de la solution
Outre le surdimensionnement systématique
des liaisons, les autres dispositions à prendre
dépendent de la comparaison entre :
• Gh: puissance totale en kVA de tous
les appareils générateurs d’harmoniques
(convertisseurs statiques, onduleurs, variateurs
de vitesse). Si la puissance est connue en kW,
diviser par 0,7 pour estimer Gh en kVA.
• Scc : puissance de court-circuit du réseau (kVA).
• Sn : puissance du ou des transformateurs
amonts. Si plusieurs transformateurs sont
en parallèle, tenir compte de l’arrêt éventuel
d’un transformateur.
Le choix est résumé dans le tableau
ci-dessous. Ces recommandations s’appliquent
essentiellement aux réseaux industriels.
Gh ≤ Scc / 120 Scc / 120 < Gh < Scc / 70
Scc / 70 < Gh ≤ Scc / 30
Equipement Equipement Equipement avec
standard
avec condensateurs avec SAH
surdimensionnés
et condensateurs
1,2 x UNsurdimensionnés
Cela conduit à limiter, en aval du transformateur,
la THDU à 5 %. Si ces valeurs ne sont pas
atteintes, la mise en œuvre de dispositifs
d’atténuation est nécessaire.
Le choix de ces dispositifs dépend des caractéristiques
de l’installation, de la puissance des générateurs
d’harmoniques, du besoin de compensation d’énergie
réactive. Des logiciels de calcul sont utilisés pour
déterminer la solution optimale.
Une approche complémentaire consiste à s’appuyer sur le type d’application industrielle décrite dans ce
tableau :
Activité
Procédés mis en jeu
Textile
Tissage, impression, induction
Papeterie
Roulage, pompage
Imprimerie
Impression, photogravure, enregistrement
Chimie, Pharmacie Dosage, salles blanches, filtration,
concentration, distillation
Plastique
Extrusion, thermoformage
Verre, Céramique
Laminage, four
Sidérurgie
Fours à arc, laminoirs, tréfilage,
découpage, pompage
Métallurgie
Soudage, emboutissage, fours,
traitements de surfaces
Automobile
Soudage, emboutissage
Cimenterie
Fours, broyage, convoyage, levage,
ventilation, pompage
Mines, Carrières
Convoyage, broyage, levage
Raffineries
Ventilation, pompage, distillation
Installation typique
Standard Surdim.
SAH
89
Guide technique
Commande des batteries
de condensateurs
Caractéristiques générales
de l’appareillage
Enclenchement des
batteries de condensateurs
Les appareils utilisés sont définis par les critères
de choix suivants
• tension et courant assignés,
• courant d’enclenchement,
• pouvoir de coupure capacitif,
• pouvoir de fermeture,
• nombre de manœuvres.
La mise sous tension d’une batterie Qc, (fixe ou
gradins) s’accompagne de régimes transitoires
en courant et en tension. Une surintensité
d’enclenchement de courte durée (≤ 10 ms)
apparaît. Sa valeur crête et sa fréquence,
en général élevées, dépendent des
caractéristiques du réseau amont et du nombre
de batteries. Selon le cas, il faudra ou non insérer
une self de choc pour limiter cette surintensité
à la tenue crête des condensateurs, soit :
Icrête maxi ≤100 IN, (IN: courant assigné de la batterie
Qc) ou à une valeur inférieure si l’appareillage
de manœuvre a des caractéristiques limitées.
Des précautions sont à prendre concernant :
• Le pouvoir de coupure capacitif (kA eff.).
Le problème résulte de l’existence, après coupure,
d’une tension de réamorçage égale à la différence
entre la tension du réseau, et la tension de charge
des condensateurs. L’appareil devra être capable
de s’opposer à ce réamorçage.
• Le pouvoir de fermeture (kA crête) qui
devra permettre de supporter les courants
d’enclenchements.
Type d’appareillage
Le choix de l’appareillage est fonction des critères
électriques mais surtout du type d’utilisation des
batteries. Plusieurs possibilités existent :
• Sectionneur. Sans pouvoir de coupure il ne
sera utilisé que pour la manœuvre hors tension
de la batterie. Il nécessite l’emploi d’un appareil
de protection (fusible ou disjoncteur).
• Interrupteur. II n’a qu’un pouvoir de coupure
limité à In, un pouvoir de fermeture modeste et
ne permet pas un nombre élevé de manœuvres.
Aussi, on l’utilisera surtout dans le cas
de batteries dites fixes.
• Contacteur. II permet un nombre de
manœuvres très important, mais est limité
à 12 kV.
On peut le coordonner avec des fusibles à haut
pouvoir de coupure (HPC).
• Disjoncteur. On utilisera cet appareil très
performant en protection générale des batteries
de grandes puissances.
90
En cas de batterie unique, la surintensité est en
général de 10 à 30 IN, mais pour Scc élevée et Qc
faible elle peut excéder la limite et nécessiter
une self de choc. En cas de batteries en parallèle,
soit identiques (système régulé), soit de valeurs
différentes (compensation de plusieurs moteurs),
la surintensité sera très élevée et devra être
limitée. Tenir compte dans ce choix du nombre
de manœuvres possibles avec le courant donné.
Tableau des valeurs caractéristiques à l’enclenchement des condensateurs
Batterie en gradins (identiques)
DE90093
Batterie fixe
Lo
DE90093
U√3
2
C
l
Lo = inductance de C/C du réseau
Scc = √3 U Icc
avec U/√3 = LoωIcc = U2/Loω
Puissance batterie Q = U2Cω = √3UIcapa
Courant crête de fermeture
1
Ie = 1 x 1
LoC ω
I
x capa
n+1
l
l
C
C
C
n gradins enclenchés quand
on enclenche le n+1ème
l = inductance de liaison (0.5μH/m)
Q = U2Cω = √3UIcapa ;
Q = Puissance de chaque gradin
Ie = 2 x U x n x C
2
3
n+1
Ie = Icapa x 2 x
Scc
Q
n
l
f
Ie = Icapa 2 x
Fréquence propre
fe = 1
2π LoC
fe = 1
2π lC
Cœfficient surtension réseau
2
(n+2)/(n+1)
Coefficient surtension batterie
2
2n/(n+1)
Inductance de choc
En général, pas besoin d’inductance de choc (sauf si Scc élevée et Q faible)
En général, besoin d’inductance de choc
Calcul inductance de choc
x propre
n+1
2
2Q
U
L ≥ 10 x
2
ω 3 Icrête max Scc
L (μH) - Q (Mvar) - Scc (MVA)
H
Icrête max (kA)*
6
U 2h
fréseau
H
U 2h
1
U1
2
L ≥ 2.10 x Q x n x 1 2
3 ω n+1 Icrête max
L (μH) - Q (Mvar) - Scc (MVA)
H
Icrête max (kA)*
1
* Icrête max est la plus petite des 2 valeurs d’enclenchement suivantes :
U1
• le courant crête maximum de la batterie (soit 100xIcapa)
• le courant crête maximum de l’appareillage Iencl. max .
Nota : dans le cas de gradins n’ayant pas les mêmes puissances, nous consulter
U 2h
1
U1
Exemple 1 : batterie fixe de 250 kvar sous
une tension composée de U = 5,5 kV alimentée
par un réseau de puissance de court-circuit
maximal Scc = 250 MVA.
Exemple 2 : batterie de 3 gradins de chacun
350 kvar sous une tension composée
de U = 5,5 kV distants de 5 m de leur appareil
de coupure associée.
L0 = 386 μH.
C = 26,3 μF.
Icapa = 26,2 A.
Ie = 1173 A.
fe = 1581 Hz.
C = 36,8 μF.
Icapa = 36,7 A.
● sans inductance de choc
l = 2,5 μH.
Ie = 11490 A !!
fe = 16,5 kHz.
● l’inductance de choc L est donc obligatoire pour
limiter Ie à une valeur inférieure à 100 Icapa soit :
L = 50 μH.
Ie = 2508 A.
fe = 3619 Hz.
91
Guide technique
Commande des batteries de
condensateurs
Déclenchement des
batteries de condensateurs
Appareillage utilisé pour
la commande des condensateurs
La mise hors tension d’un condensateur par
un appareil de coupure se fait précisément
au passage à zéro du courant, lequel coïncide
avec la tension au maximum instantané.
D’une part, une escalade de surtension :
3 U, 5 U peut survenir si l’appareil n’a pas
un rétablissement diélectrique rapide ;
c’était le cas des appareils à coupure dans l’air ;
ce phénomène a disparu avec les appareils au SF6.
D’autre part, le condensateur reste chargé
à sa tension maximale. En cas de réenclenchement rapide, un phénomène transitoire accru
va se produire.
La norme CEI 60871 impose un dispositif
de décharge des condensateurs afin que
la tension aux bornes ne dépasse pas 75 V,
10 minutes après déconnexion.
Une décharge quasi-instantanée peut être
obtenue en utilisant des inductances de décharge ;
toutefois, ce système a une limite fixée
à 3 décharges consécutives suivies par un repos
de 2h00, compte tenu de l’échauffement des inductances. Ceci devra être bien évalué lors de l’utilisation
de batteries ayant des cadences élevées.
On choisit des interrupteurs pour les batteries
à faible cadence de manœuvres (au plus
2 manœuvres par jour) ; au-delà on utilise
des contacteurs.
Pour les batteries plus puissantes (couplées
en double étoile), l’interrupteur ou disjoncteur
au SF6 est l’appareil le plus approprié.
Tout I’appareillage de commande devra être
dimensionné à 1,43 fois le courant nominal
de la batterie de condensateurs.
On devra respecter les valeurs de courants
capacitifs coupés données par le constructeur
(cf. tableau ci-dessous).
Caractéristiques des appareillages MT
Appareil
SF1
SF2
contacteur Rollarc R 400
92
Pouvoir de coupure
25 kA/36 kV
40 kA/40.5 kV
10 kA/7.2 kV
8 kA/12 kV
Courant assigné
400 à 1250 A
630 à 3150 A
400 A
Courant capacitif coupé
280 à 880 A
440 à 2200 A
240 A
Protection et schémas des batteries de
condensateurs
Les
condensateurs
Batterie triangle
Ce schéma sera utilisé pour les tensions
d’isolement 7,2 kV et 12 kV.
Le condensateur est un
composant sûr, s’il est
utilisé dans les conditions pour lesquelles il
est conçu et fabriqué.
Il est constitué à partir
d’éléments mis en série
pour tenir la tension,
et mis en parallèle
pour obtenir la capacité
voulue. Il existe actuellement deux types de
condensateurs: avec ou
sans fusible interne.
La puissance maximale est de 900 kvar
en triphasé (2 condensateurs en parallèle).
Au-delà on pourra utiliser des condensateurs
monophasés jusqu’à 4000 kvar.
Ce type de schéma convient bien à la compensation des moteurs MT ainsi que pour la compensation globale automatique jusqu’à 12 kV.
Condensateurs sans
fusible interne
La défaillance du
condensateur est
le résultat du claquage
d’un élément interne. Le
défaut d’un élément se
traduit par la mise en
court-circuit d’un groupe
en série et donc l’élévation de la tension sur les
autres groupes en série.
N’ayant pas de dispositif
de protection à l’intérieur
du condensateur, le
défaut ne sera éliminé
que par la coupure de la
batterie ou la séparation
du circuit du condensateur défectueux.
Protection
Une protection contre les surintensités est
réalisée par fusibles HPC.
Important : on choisira des fusibles HPC avec
un calibre au minimum de 1,7 fois le courant nominal de la batterie.
Dans ce type de schéma, on n’utilisera jamais
de condensateurs avec fusibles internes,
car le pouvoir de coupure des fusibles internes
n’est pas prévu pour les courants de court-circuit des
réseaux.
Schéma batterie triangle
Batterie en double étoile
teurs.
Pour toutes puissances, la batterie est divisée
en deux étoiles permettant de détecter
un déséquilibre entre les deux neutres par
un relais approprié. Ce type de batterie permet
l’utilisation de condensateurs avec ou sans
fusibles internes.
On peut la concevoir pour tout type de réseau
jusqu’aux réseaux THT. Le principe du montage
reste toujours le même : pour atteindre
des niveaux de tension de 100 kV, 200 kV,
on montera en série un nombre suffisant
de condensateurs MT. On utilisera donc
ce schéma pour les grandes puissances
à installer, essentiellement en batteries fixes.
Des gradins régulés sont toutefois utilisés par
certains distributeurs d’énergie avec des puissances allant jusqu’à 8 Mvar sous 36 kV commandés par un interrupteur spécial pour condensaDE90095
Condensateurs avec
fusibles internes
Chaque élément est
protégé par un fusible.
Dans ce cas, tout défaut
d’un élément sera éliminé. Le circuit défectueux
sera isolé. Il s’en suit
une faible variation de
la capacité et la tension
se répartira sur les éléments sains en série.
Le réglage du relais de
déséquilibre sera tel que
la perte d’éléments d’un
même groupe en série
provoque le déclenchement de la batterie
lorsque la surtension
résultante dépasse les
limites déterminées par
la norme (CEI 60871).
La protection par fusibles
internes augmente la
disponibilité des batteries
de condensateurs car la
perte d’un élément ne
conduit pas systématiquement au déclenchement de la batterie.
DE90094
Guide technique
Protection
La protection est assurée par un relais de déséquilibre
détectant un courant circulant dans la liaison entre
les deux neutres des étoiles.
Le courant de déséquilibre est inférieur à 1 A
en général.
La valeur de réglage sera donnée après calcul pour
chaque batterie. Le seuil de réglage est donné par
le constructeur. Il dépend de la structure interne de
la batterie (association série et parallèle de condensateurs unitaires) et de la présence ou non de fusibles
internes de protection des condensateurs.
La temporisation est de l’ordre de quelques
dixièmes de seconde.
En plus de cette protection, il faut prévoir
des protections de surcharges sur chaque phase.
Le réglage sera fait à 1,43 fois le courant nominal
de la batterie.
Schéma batterie en double étoile
93
Guide technique
Cas types de compensation
Compensation des moteurs
asynchrones en MT
Risque d’auto-excitation des moteurs
asynchrones en présence de condensateurs
Lorsqu’un moteur entraîne une charge de grande
inertie, après coupure de la tension d’alimentation,
il peut continuer à tourner par son inertie.
Il peut alors être auto-excité par la présence à
ses bornes de condensateurs susceptibles
de lui fournir l’énergie réactive nécessaire à
son fonctionnement en génératrice asynchrone.
Cette auto-excitation provoque des surtensions
supérieures à la tension maximale Um du réseau.
Montage des condensateurs aux bornes
des moteurs
Règle pratique : le courant capacitif doit être
inférieur à 90% du courant "à vide" du moteur.
Cela revient à compenser seulement l’énergie
réactive du moteur "à vide", ce qui peut ne
représenter que 50 % des besoins en charge.
Avantage : cela ne demande qu’un appareillage
de manœuvre. Les réglages des protections
devront tenir compte de la diminution du courant
réactif fourni par le condensateur.
La compensation complémentaire pourra être faite
soit en MT au niveau global, soit en BT.
Montage des condensateurs en parallèle
avec commande séparée
Dans le cas de moteur de forte puissance, pour éviter tout risque d’auto-excitation ou bien dans
le cas où le moteur démarre à l’aide d’un appareillage spécial (résistances, inductances,
autotransformateurs), les condensateurs
ne seront enclenchés qu’après le démarrage.
On peut calculer la puissance réactive à fournir
en fonction de l’amélioration du facteur
de puissance souhaitée.
Attention : dans le cas où l’on aurait plusieurs batteries
de ce type dans le même réseau, il convient de prévoir
des selfs de chocs car on se trouve dans le même cas
qu’un systéme dit "en gradin".
94
DE90096
Valeur en kvar de la compensation maximale réalisable
aux bornes des moteurs sans risque d’autoexcitation
C
Montage des condensateurs aux bornes des moteurs
DE90097
Précautions à prendre contre ce risque
• Dans tous les cas où une batterie de
condensateurs est installée aux bornes
d’un moteur, il y a lieu de s’assurer que
la puissance de la batterie est inférieure
à la puissance nécessaire à l’auto-excitation
du moteur en respectant la règle suivante :
Courant condensateur Ic ≤ 0,9 x Io (courant à vide
du moteur). On pourra estimer Io par le calcul
approché suivant : Io = 2 x In x (1 - cos φn,)
- In = intensité nominale en charge du moteur
- cos φn = facteur de puissance du moteur en
charge nominale.
• D’autre part, dans toute installation comportant
des moteurs à grande inertie et des batteries
de condensateurs, l’appareillage de commande
des batteries devra être conçu de telle sorte qu’en
cas de manque général de tension, aucune liaison
électrique ne puisse subsister entre ces moteurs
et les condensateurs.
Puissance nominale Vitesse de rot. nominale (tr/mn)
(kW)
300015001000750
132
28313540
160
34384249
200
43475361
250
54596676
315
68748396
355
768394108
400
8694106
122
450
97 106119137
500
108118133153
1000
215235265305
2000
430470530610
Selfs de choc
éventuelles
Montage des condensateurs en parallèle avec commande
séparée
Compensation des
transformateurs en MT
La puissance assignée d’un transformateur
est donnée en puissance apparente (kVA).
Plus la tg φ est grande (ou cos φ petit),
plus la puissance active disponible pour
un transformateur est faible. Transformateur
et installation sont donc mal optimisés.
Le branchement de condensateurs aux bornes MT
du transformateur présente donc deux avantages :
• compenser les pertes magnétiques et soulager
l’installation amont. Ceci est particulièrement
intéressant car le transformateur reste
généralement sous tension en permanence.
Pour les valeurs de puissance réactive
à compenser, voir tableau ci-dessous.
• augmenter la puissance active disponible
au secondaire du transformateur. II est intéressant, en cas d’extension en cours ou à venir,
d’améliorer le facteur de puissance et éviter ainsi
d’investir dans un nouveau transformateur.
Puissance apparente Tension primaire
Tension secondaire Tension de
(MVA)
(kV)
(kV)
court-circuit Ucc (%)
2,5
20
3 à 16
6,5
30
3 à 16
6,5
3,15
20
3 à 16
7
30
3 à 16
7
4
20
3 à 16
7
30
3 à 16
7
5
20
3 à 16
7,5
30
3 à 16
7,5
6,3
10 à 36
3 à 20
8,1
8
10 à 36
3 à 20
8,4
10
10 à 36
3 à 20
8,9
12,5
10 à 36
3 à 20
9,4
16
10 à 36
3 à 20
10,1
20
10 à 36
3 à 20
11
25
10 à 36
3 à 20
12,1
31,5
10 à 36
3 à 20
13,5
40
10 à 36
3 à 20
15,3
Puissance réactive
à compenser
hors charge (kvar)
40
50
50
60
60
70
70
80
70
80
90
120
130
140
175
190
240
95
Guide technique
Définitions et terminologies
des condensateurs
Domaine d’application
Les normes (CEI 60871) s’appliquent aux
condensateurs unitaires et aux batteries
de condensateurs destinés en particulier
à être utilisés pour corriger le facteur de puissance
des réseaux à courant alternatif dont la tension
assignée est supérieure ou égale à 1 000 V,
de fréquence égale à 16 2/3 , 50 ou 60 Hz.
Elément de condensateur (ou élément)
Dispositif constitué essentiellement par deux
électrodes séparées par un diélectrique.
Condensateur unitaire (ou unité)
Ensemble d’un ou de plusieurs éléments
de condensateurs placés dans une même
enveloppe et reliés à des bornes de sortie.
Batterie de condensateurs (ou batterie)
Ensemble de condensateurs unitaires raccordés
de façon à agir conjointement.
Coupe-circuit interne d’un condensateur
Coupe-circuit ou fusible monté à l’intérieur
d’une unité et connecté en série avec un élément
ou un groupe d’éléments.
Dispositif de décharge d’un condensateur
Dispositif pouvant être incorporé dans le condensateur
et capable de ramener pratiquement à zéro, dans un
temps spécifié, la tension entre les bornes de celui-ci
lorsque le condensateur a été déconnecté du réseau.
Capacité assignée (Cn)
Valeur de la capacité pour laquelle le condensateur
a été conçu.
Puissance assignée d’un condensateur (Qn)
Puissance réactive déduite des valeurs assignées :
la capacité, la fréquence et la tension (ou le courant).
96
Tension assignée d’un condensateur (Un)
Valeur efficace de la tension alternative pour laquelle
le condensateur a été conçu.
Fréquence assignée d’un condensateur (Fn)
Fréquence pour laquelle le condensateur
a été conçu.
Courant assigné d’un condensateur (In)
Valeur efficace d’un courant alternatif pour laquelle
le condensateur a été conçu.
Tension résiduelle
Tension qui reste aux bornes d’un condensateur
pendant un certain temps après sa déconnexion.
Tension la plus élevée du réseau (Um)
Valeur la plus élevée de la tension efficace
entre phases qui peut se présenter à un instant
et en un point du réseau quelconque dans
les conditions normales d’exploitation.
Cette valeur ne tient pas compte des variations
temporaires de tension dues aux défauts
ou aux déclenchements brusques entraînant
la séparation des charges importantes.
Tension la plus élevée pour le matériel
Tension la plus élevée pour laquelle le matériel
d’un réseau est spécifié en ce qui concerne
notamment son isolation. Cette tension doit être
au moins égale à la tension la plus élevée
du réseau auquel le matériel est destiné.
Niveau d’isolement
Le niveau d’isolement d’un matériel est défini,
dans la situation présente, comme l’énoncé
des valeurs de sa tension de tenue au choc
et de sa tension de tenue à fréquence
industrielle.
Guide technique
97
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35, rue Joseph Monier
CS 30323
92506 Rueil Malmaison Cedex
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les caractéristiques indiquées par les textes
et les images de ce document ne nous engagent
qu’après confirmation par nos services.
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Création : Schneider Electric Industries SAS
Photos : Schneider Electric
Impression :
CFIED 205098FR
10-31-1247
e document a été imprimé
C
sur du papier écologique.
07-2013
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