Comment mesurer la consommation d'énergie ? Note d'application En calculant la puissance active, la puissance apparente, etc. avec un outil de qualité de l'énergie Face à la hausse des coûts énergétiques, de nombreuses infrastructures cherchent à réduire leur consommation d'énergie. Pourtant, la plupart n'ont jamais analysé leur consommation mensuelle, cherché à imputer l'énergie utilisée à des composants opérationnels ou réduit les charges liées à leurs installations. Tant que vous ne comprenez pas votre consommation énergétique, il vous sera difficile de prendre les bonnes décisions pour la réduire. Notions clés d'énergie Si vous n'avez encore jamais mesuré l'énergie, prenez quelques minutes pour comprendre en quoi elle diffère de la tension et du courant. Lorsque nous parlons de l'« énergie » délivrée par les fournisseurs d'énergie, nous nous référons à deux notions principales : la puissance active et la puissance apparente. La puissance active s'exprime en kilowatts (kW). Elle correspond à la quantité d'énergie consommée sur une seconde. Les wattheures décrivent la quantité totale d'énergie consommée sur une autre période donnée, par exemple un mois. Cette valeur permet de connaître la quantité d'énergie utilisée par les appareils électriques alimentés en courant alternatif. Les wattheures permettent de mesurer le travail réel sur le réseau, nécessaire par exemple pour chauffer ou climatiser un bâtiment, déplacer des objets ou des liquides, etc. La puissance apparente, exprimée en kVA, correspond à la quantité totale de tension et de courant qu'un client demande à son fournisseur, que cette énergie soit utilisée efficacement ou non, ou qu'elle ne soit pas utilisée du tout. Commençons les mesures. Utilisez un multimètre numérique équipé d'une sonde de courant pour mesurer la tension, puis le courant, et multipliez ces deux valeurs pour obtenir la puissance apparente (en kilo-volt-ampères ou kVA). Cette opération s'applique aux circuits monophasés simples, dans lesquels la charge reste stable pendant toute la durée des deux mesures. Dans le cas d'une charge réelle, d'autres éléments doivent être pris en compte. Facteur de puissance, puissance réactive et harmoniques Facteur de puissance. Si le circuit est efficace à 100 % (ce qui est rarement le cas), alors la puissance apparente est égale à la puissance active. En réalité, la puissance active (kW) est souvent inférieure à la puissance apparente (kVA). La différence, kW/ kVA, est le facteur de puissance (FP). Les fournisseurs vous pénalisent souvent lorsque le facteur de puissance est inférieur à 0,95. Certains fournisseurs placent la barre encore plus haut. N'oubliez Utilisation d'un enregistreur de qualité d'énergie Fluke 1735 pour relever la consommation d'énergie d'un groupe frigorifique et déterminer l'efficacité de l'équipement. Configuration des intervalles d'enregistrement. pas : un facteur de puissance faible est un mauvais point ; un facteur de puissance élevé est un bon point. La majorité des sites industriels et commerciaux a recours à une distribution triphasée et utilise l'énergie à des fins diverses : chauffer les locaux, faire fonctionner des moteurs et des variateurs de vitesse triphasés ou gérer des charges monophasées, telles que l'éclairage et les ordinateurs. Les trois phases rendent plus difficile la mesure de la puissance et de la consommation d'énergie, surtout si vous envisagez d'améliorer votre efficacité énergétique pour réduire votre consommation. La puissance réactive, exprimée en voltampères réactifs (VAR), est un type de courant particulier présent sur votre système de distribution électrique, qui ne produit aucun travail réel. C'est elle qui différencie la puissance active de la puissance apparente. Elle contribue donc à faire baisser le facteur de puissance. Elle est généralement causée par l'inductance moteur et augmente lorsque les moteurs en question ne fonctionnent pas à pleine charge. Un moteur à vitesse constante entraînant un gros ventilateur de circulation d'air est un exemple où des amortisseurs mécaniques sont Figure 1. Ecran relatif à l'énergie du Fluke 435. Cet écran vous permet de faire le suivi des kWh, kVAh et kVARh accumulés. 2 Fluke Corporation Comment mesurer la consommation d’énergie ? utilisés pour réguler le débit d'air, ce qui rend le ventilateur moins efficace. Ceci réduit également la charge du moteur d'entraînement et augmente la puissance réactive dans le système d'alimentation électrique. De nombreuses infrastructures décident de remplacer l'entraînement direct du moteur par un variateur de vitesse, afin d'optimiser le fonctionnement et la rapidité du moteur. Cette amélioration permet d'utiliser l'énergie plus efficacement dans le ventilateur et le moteur, et d'augmenter le facteur de puissance. Les courants harmoniques présents dans le système d'alimentation sont produits par les circuits redresseurs en entrée des variateurs de vitesse, ordinateurs et autres appareils électroniques. Les harmoniques réduisent également le facteur de puissance. Comment mesurer la puissance Pour mesurer la puissance active, vous avez besoin d'un appareil capable de mesurer simultanément la tension, le courant et toutes les valeurs mentionnées ci-dessus, sur une période d'une seconde. Un multimètre numérique n'est pas adapté. La solution est un outil de qualité de l'énergie. Figure 2. Ecran relatif à la puissance du Fluke 435. Vue affichant en temps réel tous les calculs de la puissance. Les valeurs kW, kVA, kVAR, FP, dPF et Vrms sont indiquées pour chaque phase et pour le total. Le symbole à droite de kVAR indique si la charge est inductive ou capacitive. Exemple : une ampoule de 100 watts qui fonctionne pendant une heure consomme 100 wattheures. Sur une année, cette même ampoule consomme 100 x 24 x 365 = 864 000 watt­ heures ou 864 kWh. Les choses se compliquent un peu avec les moteurs, les variateurs de vitesse et les ordinateurs. Toutefois, si vous mesurez leur consommation sur une heure, puis que vous appliquez quelques hypothèses aux résultats, vous obtiendrez une estimation de leur consommation sur un mois ou une année, à condition que votre utilisation reste la même. L'autre option consiste à mener une étude Figure 3. Vue relative à l'énergie sous Power Log. Ce graphique d'étude de charge sur 30 jours permet de visualiser les valeurs kWh et kVARh pour chaque phase et pour le total. Il est possible de charge sur 30 jours avec un de sélectionner une période de moyenne correspondant à la période de facturation utilisée par le enregistreur de qualité d'énergie. fournisseur d'énergie (généralement 15 minutes). Vous obtiendrez ainsi les résultats des Figures 3 et 4 et aurez une Selon la marque et le modèle la tension et du courant prises sur vision globale de votre consomque vous choisissez, vous pouvez la durée. mation d'énergie dans le temps. tester les configurations monophasées, à phase auxiliaire Mise en route Planification ou triphasées (3 ou 4 fils), et Vous êtes prêt à mesurer la mesurer ou enregistrer les valeurs Voici la dernière complication. suivantes : V, A, W, VA, VAR, Vous pouvez uniquement mesurer puissance ? Avec votre outil de qualité de l'énergie, connectez vos FP et les harmoniques. Certains la puissance en tant que travail sondes de tension et de courant modèles permettent d'enregistrer réel que votre système électrique à vos phases et commencez votre les mesures sur la durée pour délivre à vos charges, et cela surveillance. Contrôlez la puisconnaître les relevés utilisés par prend du temps. Vous pouvez sance active (kW), la puissance le fournisseur en kWh, kVAh et faire une estimation de votre apparente (kVA) et le facteur kVARh (voir Figures 1 et 2). consommation d'énergie en l'obde puissance qui en résulte. Un Ces outils permettent de servant sur une courte période. facteur de puissance élevé est contourner tous les problèmes En effectuant un simple calcul un bon point. Vérifiez ensuite mentionnés ci-dessus. Ils permet- mathématique avec ces informales éléments perturbateurs : la tent de mesurer la consommation tions, vous pouvez estimer votre puissance réactive et les harmod'énergie avec précision, en fonc- consommation d'énergie à long niques. Si ces deux valeurs sont tion des mesures instantanées de terme. basses, cela signifie que votre alimentation est bonne et que votre consommation est efficace. En termes de consommation d'énergie, la puissance active (kW) et la puissance apparente (KVA) sont les valeurs à comparer sur la durée, à mesure que vous apportez des modifications à votre installation pour réduire votre consommation. Figure 4. Vue relative à la puissance sous Power Log. Cette vue représente un graphique de la charge sur 30 jours. Les valeurs kW et kVAR sont indiquées pour chaque phase et pour le total. A partir de cet écran, il est possible d'identifier les valeurs maximales, l'heure à laquelle elles se produisent et leur durée. 3 Fluke Corporation Comment mesurer la consommation d’énergie ? Si vous souhaitez vraiment économiser de l'argent… Vous pouvez utiliser votre multimètre pour mesurer la tension et le courant, faire vos calculs et baser votre analyse sur ces données. Cependant, pour réduire votre consommation d'énergie, la précision de vos mesures fait la différence. Si vos calculs sont inexacts car ils ne tiennent pas compte des interférences dans votre système, vous ne saurez jamais combien vous consommez exactement ou quels sont les résultats de vos efforts de réduction. Même un outil de qualité de l'énergie d'entrée de gamme est intéressant, car il permet d'obtenir des valeurs précises et de les contrôler sur la durée. Fluke. Soyez à la pointe du progrès avec Fluke.® Fluke France S.A.S. Paris Nord II 69, rue de la Belle Etoile-Bât.D B.P. 50236 Roissy en France 95956 ROISSY CDG CEDEX Téléphone : (01) 48 17 37 37 Télécopie : (01) 48 17 37 30 E-mail : [email protected] Web : www.fluke.fr N.V. Fluke Belgium S.A. Langveld Park – Unit 5 P. 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