5. composants et équipements pour la compensation de l`énergie

CYDESA 2007
5. COMPOSANTS ET ÉQUIPEMENTS
POUR LA COMPENSATION DE
L’ÉNERGIE RÉACTIVE DANS LES
INSTALLATIONS AVEC HARMONIQUES
Autant dans les usines que dans les bureaux, il est de plus
en plus fréquent de rencontrer des récepteurs qui
déforment l’onde des courants absorbants, des courants
qui à leur tour, à cause d’une simple chute de tension,
arrivent à déformer la tension dans les barres, affectant
par conséquent tous les autres récepteurs de l’installation.
Ces ondes déformées se décomposent à l’analyse en un
composant fondamental à la fréquence du réseau et
d’harmoniques ou d’ondes à fréquence multiple du réseau.
Les récepteurs générateurs d’harmoniques les plus
fréquents sont les suivants :
- Les sources d’alimentation monophasées.
Propres des PC entre autres et qui génèrent des
harmoniques d’ordre 3, 5 et 7 essentiellement.
- Les variateurs de fréquence pour la modulation
de la vitesse des moteurs asynchrones,
généralement à 6 impulsions et qui génèrent des
harmoniques d’ordre 5, 7, 11 et 13
essentiellement, et dont les ordres 5 et 7 sont les
plus importants.
- Les systèmes d’alimentation ininterrompue
ou SAI qui, dans les cas à 6 impulsions,
génèrent les mêmes harmoniques
précédemment mentionnées.
En résumé, les harmoniques caractéristiques mentionnées
sont celles d’ordre 3, 5, 7, 11 et 13 et les plus
significatives d’entre elles sont celles d’ordre :
3 et 5 Dans les bureaux
5 et 7 dans les usines
Les batteries de condensateurs sont l’un des éléments les
plus sensibles aux harmoniques, les absorbant facilement,
provoquant leur amplification et pouvant conduire à des
problèmes de résonance.
Pour éviter les inconvénients indiqués, dans la plupart des
cas il est nécessaire de connecter en série les
condensateurs à ballasts aux caractéristiques
appropriées, et de disposer d’un filtre à harmoniques.
Dans les installations avec présence d’harmoniques, il est
généralement prévu de compenser l’énergie réactive pour
éviter l’amplification des harmoniques et bien sûr des
problèmes de résonance. Dans ces cas-là, des
équipements seront installés avec des filtres de rejet ou à
basse syntonisation (fréquence de syntonisation L-C de
189 Hz pour une fréquence de réseau de 50 Hz et de 227
Hz pour une fréquence de 60 Hz).
ce qui équivaut à un facteur de résonance :
78,3==
N
rffr
h
et à un facteur de réactance :
%7
100
2==
r
h
p
5.1 Comment savoir s’il est nécessaire
d’installer un équipement avec des filtres ?
Lors de la conception ou du choix d’un équipement ou
d’une batterie de condensateurs, il est indispensable de
tenir compte du besoin d’intégrer des ballasts pour les
filtres à harmoniques. Cydesa propose deux possibilités :
- Utiliser le programme CYDESA PFC qui calcule
les tensions et les distorsions harmoniques à
l’aide de quelques données de base
- Utiliser le graphique représenté ci-dessous
Les deux procédures répondent à la question posée.
En dessous de la ligne au tracé continu de la Fig. 5.1-1, il
est possible d’installer une batterie conventionnelle, dont
les condensateurs sont à la tension du réseau. Entre cette
ligne et la ligne pointillée, il est recommandé d’utiliser des
équipements avec des condensateurs renforcés (4.5),
pour qu’ils supportent mieux une éventuelle surcharge.
Au-dessus de la ligne pointillée, il est nécessaire de
recourir à des équipements avec des filtres de rejet.
Enfin, pour les valeurs Scon/ST supérieures aux 50 %
recommandés, nous consulter car d’autres types de filtre
pourraient convenir.
Fig.5.1-1 Méthode de détermination pour savoir si des
filtres sont nécessaires dans une installation.
QC = Puissance de la batterie (kvar)
ST = Puissance du transformateur (kVA)
SCON = Puissance des récepteurs générateurs
d’harmoniques (kVA)

CYDESA 2007
Qu S
hr
k
T
⋅
⋅
=100
4,7
300x6 1000x100 ==
r
h
7,5
500x6 1000x100 ==
r
h
Exemple 5.1-1
Installation avec un transfo de 1000 kVA de puissance des
condensateurs pour la compensation de 300 kvar.
Il existe des modulateurs de vitesse de 150 kVA de
puissance totale.
Cela nous situerait au point 1 de la Fig. 5.1-1, c’est-à-dire
juste à la limite, et par conséquent, il serait possible
d’installer une batterie de condensateurs renforcés (voir
4.6) ou un équipement avec des filtres de rejet (voir 5.6 -
5.8)
Néanmoins, compte-tenu de la situation en limite, il est
recommandé d’installer un équipement avec filtres.
Exemple 5.1-2
Il s’agit du cas précédent, mais avec 500 kvar de
puissance des condensateurs.
Dans ce cas, nous sommes situés au point 2 et par
conséquent, il est nécessaire d’utiliser un équipement
avec des filtres de rejet.
Il convient de signaler que l’observation de la Fig. 5.1-1 ne
fournit qu’un critère orientatif pour la sélection de
l’équipement le plus adéquat. Pour un calcul plus précis,
nous recommandons d’utiliser le programme de calcul
CYDESA PFC ou bien de consulter notre département
technique.
5.2 La distorsion harmonique
C’est un paramètre qui permet de calculer le contenu des
harmoniques de courant ou de tension (FD ou THD). La
formule la plus utilisée est la suivante :
Dont :
Xh = Valeur efficace de l’harmonique d’ordre h
X1 = Valeur efficace de la fondamentale
Ainsi par exemple, si les harmoniques suivantes sont
mesurées dans la tension simple du réseau U1 = 230 V,
U3 = 3 V, V5 = 10 V et V7 = 2 V, le calcul serait le suivant :
Habituellement, le facteur de distorsion ne dépasse les 5
% dans des installations industrielles. Des valeurs
supérieures doivent entraîner des mesures de protection,
notamment en ce qui concerne la batterie de
condensateurs (5.1).
Pour en savoir plus, consulter notre programme de calcul
CYDESA PFC.
5.3 La résonance
Elle constitue un phénomène très connu, autant en
électricité qu’en mécanique, et ce n’est pas autre chose
qu’une amplification importante d’une magnitude
particulière.
Dans une installation électrique où il existe un
transformateur et une batterie de condensateurs, il se
produit une résonance parallèle induite par
Pour l’exemple 5.1-1, en supposant uk = 6 % (valeur
standard), le calcul serait :
c’est-à-dire que l’harmonique en résonance est éloignée
du 5e harmonique qui est le plus important, mais très
proche du 7e, par conséquent il est conseillé d’installer
une batterie avec des filtres.
Pour l’exemple 5.1-2, en supposant uk = 6 %, le calcul
serait :
une fréquence trop proche de l’harmonique caractéristique
d’ordre 5. Par conséquent, il est recommandé d’installer
un équipement avec des filtres.
Comme règle générale, la fréquence de résonance doit
être suffisamment éloignée des harmoniques présentes
dans le réseau d’une valeur appréciable.
%30100
1000
300
%=⋅=
T
C
S
Q
%15100
1000
150
%=⋅=
T
CON
S
S
%50100
1000
500 =⋅=
T
C
S
Q
%15=
T
CON
S
S
100 x
1
2
2
X
X
FD h
∑
∞
=
%6,4100 x
230
)2103( 222
=
++
=∑ FD
Dont:
ST = puissance du transfo (kVA)
uk = tension du CC du transfo (%)
Q = puissance de la batterie (kvar)
hr = harmonique en résonance

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5.4 Réactances pour les filtres de rejet à harmoniques (fr = 189 Hz)
Ballasts triphasés avec noyau en fer bobinés de cuivre ou aluminium et terminaux en cuivre. Imprégnés à vide, surpressurisés en
résine polyester et séchés au four à 150°.
Caractéristiques
• Classe d’isolation, F (155 °C)
• Température ambiante admissible maximale, 50 °C
• Tolérance de la L, -2 %…+3 % de LN
• Surcharge admissible U1 = 6 %, U3 = 0,5 %, U5 = U7 = 5 % relative à Un, Ith = 1,05
Irms
• Limite de linéarité L (à 1,2 ∑I) ≥ 0,95 LN
• Contrôle de température par microcontact NC à l’intérieur de l’enroulement
• Utilisation intérieure IP00
• Tension de test, entre enroulement et noyau 3 kV, 1 min
• Norme CEI 60076
400 V, 50 Hz
PERTES
NOMINALES
MAXIMA LES
PUISSANCE UTILE DU
CONDENSATEUR
ASSOCIÉ
Nc (1)
400 V
kvar
DIMENSIONS
H x A x B
mm
POIDS
kg
W (2) W (2)
INDUCTANCE
mH
TYPE
12,5
25
50
100
160x180x110
205x225x135
235x296x167
325x296x177
11
18
33
48
65
90
135
250
80
140
200
340
3,067
1,535
0,766
0,384
R7P 400/12,5
R7P 400/25
R7P 400/50
R7P 400/100
(1) La puissance utile Nc est celle réellement livrée au
réseau et égale à celle du condensateur, une fois
déduite la puissance réactive de la réactance et la
correction de la tension réellement appliquée au
condensateur.
(2) Les pertes nominales correspondent au courant nominal
sans harmonique et les maximales incluent la surcharge
admise à 50 Hz plus les harmoniques.

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5.5 Condensateurs pour les filtres de rejet à harmoniques (fr = 189 Hz)
Il s’agit de condensateurs pour une connexion en série avec
les ballasts précédents (voir 5.4).
Pour une tension du réseau de 400 V, la tension aux bornes
du condensateur à cause du ballast sera de 430 V, par
conséquent la tension assignée du condensateur devra être
supérieure à 440 V.
D’un autre côté, il faut prendre en compte la puissance
réactive inductive absorbée par le ballast, par conséquent la
puissance délivrée par le condensateur au réseau Nc sera
inférieure à la puissance de celui-ci.
Le tableau suivant indique la puissance Nc et la puissance
assignée du condensateur par rapport à 440 V.
400 V, 50 Hz
Puissance utile
Nc (1)
400 V
kvar
Puissance nominale
QN (1)
440 V
kvar
Dimensions
H x ∅
ou H x A x B
mm
POIDS
kg
Type
Utilisation cylindrique IP00 à connexion par bride avec résistances de décharge intégrées (caractéristiques à la page 11)
12,5
25
14
28,1
190x84
265x84
1,4
1,9
PhMKP 440/14/00
440/28,1/00
Utilisation prismatique IP43 avec résistances de décharge intégrées (caractéristiques à la page 11)
25
50
28,1
56,2
520x195x135
520x260x135
6,5
10
PhP 440/28,1
440/56,2
(1) La puissance utile Nc est celle réellement livrée au réseau et égale à celle du condensateur, une fois déduite la puissance
réactive de la réactance et la correction de la tension réellement appliquée au condensateur.
Terminaux
(1) M10 (25 kvar)
M12 (50 kvar)
(2) M10

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5.6. Équipements ECF (EDF) avec filtres de rejet (fr = 189 Hz)
Ces équipements intègrent des filtres L-C syntonisés à 189 Hz, ce qui équivaut à un ordre
d’harmonique hr = 3,78 et un facteur de réactance p = 7 %.
La fonction principale de ces filtres est la compensation de l’énergie réactive, par
conséquent ils absorbent les courants harmoniques, principalement le 5e harmonique, et
réduisent donc les tensions harmoniques. Cette réduction peut être estimée de l’ordre de
25 %.
CARACTÉRISTIQUES
Tension du réseau 400 V, 50 Hz
Tensions harmoniques admissibles U3 = 0,5 % Un, U5 = U7 = 5 % Un
Surcourant admissible à 50 Hz 6% IN
Pertes maximales totales approx.
Régulateur
Branchement
6 W/kvar
RM
Supérieur pour EC et inférieur pour ED
Ventilation Forcée
Température ambiante -15 ºC /max 40 ºC (max 35º de moyenne en
24 h)
Altitude 1000 m au-dessus du niveau de la mer
Protection IP30
Protection différentielle optionnelle (supplément à
la page 35)
Finition RAL 7032
400 V, 50 Hz
SUPPLÉMENT PAR
INTERRUPTEUR
PUISSANCE UTILE
Nc
kvar
ÉCHELONS
ÉQUIVALENTS
n x kvar
DIMENSIONS
H x A x B
mm
POIDS
kg
TYPE
CALIBRE
A
25 (2x12,5)
37,5 (12,5+25)
50 (2x12,5+25)
62,5 (12,5+2x25)
75 (2x12,5+2x25)
2x12,5
3x12,5
4x12,5
5x12,5
6x12,5
800x600x300
1000x600x500
78
85
113
120
139
ECF 400/25-2/2
ECF 400/37,5-2/3
ECF 400/50-3/4
EDF 400/62,5-3/5
EDF 400/75-4/6
63
125
125
160
160
AUTRES SUPPLÉMENTS : - Par interrupteur différentiel à la page 35
- Par autotransfo de manœuvre 400/230 V