Comment mesurer la consommation d`énergie ?

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.
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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.
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