Compensation d'énergie réactive et filtrage d'harmoniques. Catalogue. Condensateurs et batteries MT Rectiphase

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1 Compensation d'énergie réactive et filtrage Catalogue 2000 Condensateurs et batteries MT Rectiphase

2 Sommaire Présentation 2 Condensateurs et batteries de condensateurs MT 2 Les condensateurs MT Propivar 4 Les batteries de condensateurs MT 6 Dimensions des condensateurs MT Propivar 10 Dimensions des batteries de condensateurs MT F1315.fm/1

3 Présentation Condensateurs et batteries de condensateurs MT La compensation d'énergie réactive. Compenser l'énergie réactive sur un réseau ou dans une installation électrique présente des avantages d'ordre économique et technique : b avantages économiques en diminuant les factures d'électricité par suppression des consommations excessives d'énergie réactive. b avantages techniques par : v augmentation de la puissance disponible au secondaire des transformateurs v diminution de la chute de tension dans les réseaux de distribution HTA v diminution des échauffements des câbles pour une puissance active constante. Comment choisir l'équipement de compensation d'énergie réactive? La méthode proposée comporte 4 étapes successives. Etape 1 : calcul de la puissance réactive à compenser Se fait : b à partir de la facture en tarif vert. Le but est de supprimer l'énergie réactive qui est facturée, si elle dépasse 40 % de l'énergie active absorbée, pendant les heures de pointe fixes et mobiles et heures pleines d'hiver, du 1er novembre au 31 mars de chaque année b à partir des données électriques de l'installation. Le but est de ne pas payer de consommation d'énergie réactive et de dimensionner correctement les transformateurs, câbles, appareils de commande et de protection. Etape 2 : choix du mode de compensation La localisation des condensateurs sur un réseau électrique constitue ce que l on appelle le "mode de compensation". La compensation de l énergie réactive peut être (voir fig. ci-après) : b soit globale, exemple : v batterie HT 1 sur réseau de distribution HT v batterie MT 2 pour un abonné MT v batterie BT 3 régulée ou fixe pour abonné BT. b soit par secteur, exemple : v batterie MT 4 sur réseau de distribution MT v batterie BT 5 ou MT, par atelier ou par bâtiment pour un abonné MT. b soit individuelle La batterie 6 est raccordée en parallèle sur la machine consommatrice d énergie réactive. Cette compensation est techniquement idéale puisqu elle produit l énergie réactive à l endroit même où elle est consommée, et en quantité adaptée à la demande. E29120 E29121 Etape 3 : choix du type de compensation La compensation peut être : b fixe, par délivrance d'une puissance réactive constante b automatique, par délivrance d'une puissance réactive variable qui compense celle consommée par la charge. Etape 4 : choix de l'équipement de compensation dans les réseaux perturbés par les harmoniques La présence des récepteurs non linéaires (variateurs de vitesse, onduleurs...) créent des courants et des tensions harmoniques. L'équipement de compensation se choisit en fonction de l'importance de la valeur de ces harmoniques. Le choix tient compte des paramètres : b Gh : puissance en kva de tous les générateurs alimentés par le même jeu de barres que les condensateurs. b Scc ou Sn : v Scc : puissance de court-circuit réelle (kva), si l'alimentation se fait via un transformateur de puissance > 2 MVA, b Sn puissance du (des) transformateur(s) amont (kva), si l'alimentation se fait via un (ou des) transformateur(s) de puissance totale < 2 MVA 469F1320.fm/2

4 Présentation Condensateurs et batteries de condensateurs MT (suite) Sn > 2 MVA Sn < 2 MVA Gh y Scc/120 Gh y 0,15 Sn Equipements standards A partir de ces paramètres, 4 cas se distinguent : b utiliser des batteries standard lorsqu'il y a peu ou pas b utiliser des batteries avec condensateurs surdimensionnés b utiliser des batteries de condensateurs associées à des selfs anti-harmoniques (S.A.H.) qui limitent les courants harmoniques absorbés b utiliser des filtres pour diminuer les courants harmoniques, en les filtrant là où ils sont créés. La solution consiste à agencer des ensembles de condensateurs et inductances sous forme de filtres accordés de manière à : b compenser la consommation réactive de l installation b absorber les principaux courants harmoniques. L'expérience acquise dans ce domaine nous a permis de définir des règles simples (voir tableau ci-dessous). Scc/120 < Gh y Scc/70 0,15 Sn < Gh y 0,25 Sn Equipements avec condensateurs surdimentionnés Scc/70 < Gh y Scc/30 0,25 Sn < Gh y 0,6 Sn Equipements avec SAH et condensateurs Gh > Scc/30 Gh > 0,6 Sn Equipements de filtrage Choix des batteries de type CP Le couplage triangle : s utilise pour des tensions inférieures à 12 kv et des puissances maxima de 1500 kvar. Le couplage double étoiles : pour toutes les tensions et les puissances. E28228 Filtrage des harmoniques Pour améliorer la qualité de l'énergie électrique, Merlin Gerin propose des filtres HT ou MT qui diminuent ou éliminent les harmoniques circulant dans l'installation électrique. Ces filtres sont essentiellement composés de condensateurs associés à des selfs. Ils permettent de ramener le taux de distorsion à une valeur acceptable ou préconisée par les distributeurs d énergie. Ils permettent aussi de compenser l'énergie réactive. Rectiphase propose de réaliser toute l'étude de compensation et de filtrage. 469F1320.fm/3

5 Les condensateurs MT Propivar E14591 E14445A E14445B Les condensateurs Propivar servent à compenser l'énergie réactive sur les réseaux de moyenne et haute tension. Condensateur Propivar 250 kvar /17,5 kv Condensateur Propivar avec fusibles internes, constitué de 4 groupes en série, chaque groupe comportant 12 éléments en parallèle Fig. 1 Fig. 2 Présentation Un condensateur moyenne tension Propivar se présente sous la forme d un boîtier ou cuve métallique surmonté de bornes en résine. Cette cuve contient un ensemble de capacités élémentaires dont la tension admissible maximale est de 2250 V. Câblées en groupes série-parallèle, elles permettent d obtenir des éléments unitaires de forte puissance pour des tensions de réseau élevées. Deux types sont proposés : b avec fusibles internes (condensateur monophasé) b sans fusibles internes (condensateur triphasé ou monophasé). Ces condensateurs sont équipés de résistance de décharge afin de ramener la tension résiduelle à 75 V, 10 minutes après leur mise hors tension. Sur demande, les condensateurs peuvent être livrés sans résistances de décharge. Constitution Les capacités constituant le condensateur Propivar sont faites : b d armatures en feuilles d aluminium b d un liquide diélectrique biodégradable non chloré, et d'un film polypropylène. Le diélectrique constitué uniquement de films plastique permet de réduire notablement les pertes diélectriques. Conformité aux normes Le condensateur Propivar est conforme à la norme NF C et aux normes : b IEC 60871, 1 et 2 b BS 1650 b VDE 0560 b C22-2 N 190-M1985 b NEMA CP1. Les condensateurs à fusibles internes sont conformes aux normes : NF C , IEC Protection par fusible interne Les condensateurs Propivar peuvent être fournis avec une protection interne : chaque élément ou capacité élémentaire est alors équipé d un fusible. En cas de claquage d un élément, celui-ci sera déconnecté et isolé. Le claquage d une capacité élémentaire peut se produire : b lorsque la tension du condensateur est proche de son amplitude maximale. La fusion du coupe-circuit interne est alors provoquée par l écoulement de l énergie stockée dans les capacités couplées en parallèle (fig. 1) b lorsque la tension du condensateur est proche de zéro. Ce courant provoque la fusion du coupe-circuit interne (fig. 2). Avantages de ce type de protection : b déconnexion instantanée de l élément en court-circuit b continuité de service maintenue b durée de vie de l équipement accrue b coûts des matériel et maintenance réduits b possibilité de programmer l intervention de la maintenance. Principales caractéristiques Les condensateurs Propivar bénéficient d une longévité accrue par leur tenue thermique et leur faible échauffement, leur stabilité chimique et leur tenue aux surtensions et surintensités. Tenue thermique A basse température, ces condensateurs se mettent en service sans précautions particulières. A température ambiante plus élevée, ils présentent un échauffement très faible, donc sans risque de modification des caractéristiques d isolation du diélectrique. Stabilité chimique Les surtensions transitoires des réseaux et les niveaux de décharges partielles dans les cuves sont à l origine du vieillissement accéléré des capacités. La longévité exceptionnelle des condensateurs Propivar est liée aux propriétés intrinsèques du liquide diélectrique à savoir : b très grande stabilité chimique b haut pouvoir d absorption des gaz générés lors des décharges partielles b très grande rigidité diélectrique. Tenue aux surtensions et surintensités Les condensateurs peuvent admettre : b une surtension de 1,10 Un, 12 h/par jour b une surtension à fréquence industrielle de 1,15 Un, 30 minutes par jour b une surintensité permanente de 1,3 In. Leur tenue est vérifiée par : b 1000 cycles à un niveau de surtension de 2,25 Un (durée du cycle 1 s) b des essais de vieillissement à 1,4 Un. 469F2325.fm/4

6 Les condensateurs MT Propivar Tension d isolement des condensateurs Propivar Tension la plus élevée pour le matériel Um kv 3,6 7, , Niveau d isolement kv eff, 50 Hz-1 mn kv choc, 1,2/50 µs Protection de l environnement Le condensateur Propivar est biodégradable. Il est homologué suivant les recommandations en vigueur. L absence totale de PCB le rend compatible avec l environnement. Son installation ne nécessite donc pas de précautions particulières. Autres caractéristiques La puissance réactive nominale des condensateurs unitaires est de 100 à 600 kvar, selon la tension assignée (voir tableaux ci-dessous). La capacité des condensateurs est toujours comprise entre 0,95 et 1,15 fois la capacité nominale. D autres puissances intermédiaires peuvent être réalisées sur demande. Fréquence d utilisation 50 Hz - (60 Hz sur demande) Classe de température -25 à +45 C (autres classes sur demande) Facteur de perte moyen à 20 C après stabilisation 0,16 W/kvar avec fusibles internes 0,12 W/kvar sans fusible interne Variation de capacité C/C -3, / C Raccordement sur bornes en porcelaine ou en résine pour câbles de section y 50 mm 2 Cuve acier soudé épaisseur 1,5 mm peinture vinylique couleur gris RAL 7038 traitement anti-corrosion type interieur wash-primer, épaisseur 5 µm peinture, épaisseur 20 µm type extérieur sablage métallisation, 80 µm de zinc wash-primer et peinture : épaisseur 20 µm Fixation par 2 pattes percées pour vis M10 Choix L ensemble de la gamme des condensateurs Propivar est présenté dans les trois tableaux ci-contre. Condensateurs monophasés sans fusibles internes pour les tensions Um 7, , kv/50 Hz (*). Nota : Um = tension la plus élevée du réseau Puissance (kvar) 100 à à à à à à à à à à 600 Tension assignée (kv) 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,8 9,1 11,4 13,8 Condensateurs monophasés avec fusibles internes pour les tensions Um 7, , kv/50 Hz Puissance Tension assignée (kv) (kvar) 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,8 9,1 11,4 13,8 100 à à à à à à à à à à 600 Condensateurs triphasés sans fusibles internes pour les tensions Um 7,2-12 kv/50 Hz Puissance (kvar) Tension assignée (kv) 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,8 9,1 11,4 13,8 100 à à à à à à à 500 (*) pour les puissances en 60 Hz, nous consulter. 469F2325.fm/5

7 Les batteries de condensateurs MT Les batteries de condensateurs Propivar servent à compenser l'énergie réactive sur les réseaux moyenne et haute tension. Batterie fixe CP225 Présentation Constitution des batteries Merlin Gerin est à même de réaliser tous les types de batteries de condensateurs quelles que soient : b la complexité du réseau (calcul de filtre) b la valeur de la puissance réactive désirée b les tensions nominales d isolement. Pour simplifier le choix, des équipements de condensateurs sont standardisés et proposés en deux variantes : b sur châssis ouvert IP 00 b en cellule IP 23, avec ou sans appareillage de commande. Les batteries composant ces équipements sont réalisées selon deux modes de couplage des condensateurs : soit en triangle, soit en double étoile. S'équiper d'une cellule permet d'améliorer : b la sécurité du personnel d exploitation en le protégeant des parties actives sous tension et en intégrant les fonctions de manœuvre et de protection b la continuité de service, par réduction des risques de défaut électrique par isolement des parties sous tension. L intégration de l appareillage de commande des batteries dans les cellules contenant les condensateurs est demandée lorsque : b la compensation réalisée est individuelle, auprès de chaque machine forte consommatrice d énergie réactive b les batteries sont indépendantes et réparties dans une installation b une compensation par gradins est nécessaire Batterie automatique CP254 Protection des condensateurs Il est essentiel que les condensateurs soient protégés contre les courts-circuits et les défauts à la terre. Une protection de surcharge en courant et en tension est également recommandée. Batterie avec condensateurs en triangle (fig. 3) La protection de ces condensateurs doit être assurée par un dispositif capable de réagir très rapidement en cas de défauts internes. Seuls des fusibles HPC limiteurs permettent d'assurer cette protection. Le calibre de ces fusibles doit être au minimum de 1,8 I N. La détermination exacte du calibre nécessite de connaître les caractéristiques de l'installation. Un disjoncteur seul ne permet pas d'assurer une protection suffisante. Batteries avec condensateurs monophasés (fig. 4) Pour assurer la protection contre les défauts internes des condensateurs, un montage en double étoile avec détection de déséquilibre doit être employé. Ce système peut être utilisé aussi bien avec des condensateurs avec fusibles internes que sans fusibles internes. Les seuils de réglage de cette protection dépendent des caractéristiques internes des appareils et doivent être fournis par Rectiphase ou Merlin Gerin. Cette protection provoque l'ouverture de l'organe de manœuvre en tête de la batterie. Une protection de surcharge et court-circuit doit être installée pour la protection de la batterie. Protections contre les surintensités et surtensions transitoires b les contraintes : les batteries de condensateurs MT nécessitent des protections contre : v les risques de surtensions dus aux réenclenchements rapides avant décharge des condensateurs v les surintensités à l enclenchement, surintensités de charge souvent présentes lors de l enclenchement des gradins d une batterie. b les moyens : l installation de deux bobines de décharge entre les phases permet de réduire à environ 10 s le temps de décharge des condensateurs. L exploitation d un tel équipement doit cependant respecter le temps de refroidissement des bobines, soit des manœuvres espacées de 6 minutes au minimum. Des inductances d amortissement placées en série sur les connexions de chaque gradin limitent les surintensités d enclenchement. Equipements sur châssis ouvert Les batteries sont de type fixe. Systématiquement retenue pour les tensions supérieures à 36 kv, cette variante permet de réaliser des équipements de forte puissance pour tous les niveaux de tension. Pour l intérieur ou l extérieur, le châssis est en aluminium, non peint. A noter dans cette variante, l équipement CP210 qui, destiné à la compensation individuelle de faible puissance, comporte un capot cache-bornes. Equipements en cellule IP 23 b batteries de type fixe. Ces équipements sont composés pour l intérieur ou l extérieur : v d un châssis en aluminium, non peint v de panneaux en aluminium, non peints. Les cellules sont fournies avec une tôle de fond munie de passe-câbles : v pour 1 à 6 condensateurs : 1 passe-câble de diamètre 100 mm v pour plus de 6 condensateurs : 3 passe-câbles de diamètre 100 mm. b batteries de type "gradin". Ces équipements sont de même facture que les batteries de type fixe. Ils comportent en plus l appareillage de commande. 469F2330.fm/6

8 Les batteries de condensateurs MT E29126 E29128 Fig. 3 : exemple de couplage triangle Fig. 4 : exemple de couplage double étoile Choix des appareils de manœuvre Il faut s assurer auprès du fabricant de l aptitude des appareils à manœuvrer des courants capacitifs. Dimensionnement en courant Les appareils de coupure et de protection doivent pouvoir supporter en permanence un courant de 1,43 fois le courant assigné de la batterie. Tenue aux transitoires d enclenchement Les appareils de manœuvre doivent pouvoir supporter les surintensités transitoires qui se produisent lors de la mise sous tension. Dans le cas de batteries en parallèle sur un même jeu de barres, il est impératif d utiliser des inductances de limitation pour réduire les courants d enclenchements. Réamorçage Les appareils de manœuvre doivent être adaptés à la commutation de courants capacitifs. Ces appareils doivent être conçus pour éviter les risques de réarmorçage à l ouverture. Si le risque de réamorçage est élevé (cas de certains appareils à vide), il est nécessaire de prévoir des parafoudres pour limiter les surtensions transitoires. Les appareils Merlin Gerin au SF6 sont bien adaptés à la manœuvre de courants capacitifs. Pour plus de précisions, nous consulter. Mode de couplage Plusieurs équipements sont réalisables : b couplage en triangle : v de condensateurs triphasés (sans fusible interne) couplés en parallèle v de condensateurs monophasés (sans fusible interne) b couplage en double étoile : de 6 à 48 et plus condensateurs monophasés (avec ou sans fusible interne) b couplage en simple étoile (spécial THT) de 36 condensateurs monophasés (12 par branche) sur demande. Leur choix dépend : b des caractéristiques, tension de réseau et puissance de la batterie b du type de compensation, fixe ou commandée (en gradin) b du type de protection : v condensateur avec ou sans fusible interne v différentielle (de déséquilibre) ou avec fusibles MT. b des impératifs économiques. En réponse à ce dernier point, il convient de retenir que le coût d une batterie est directement fonction du nombre d éléments : de fait à caractéristiques d exploitation identiques un équipement constitué de trois condensateurs couplés en triangle est moins onéreux qu un équipement constitué de six condensateurs monophasés couplés en double étoile. Compositions standard Les batteries de condensateurs standardisées par Merlin Gerin comportent, outre les condensateurs, différents éléments indiqués dans le tableau ci-contre. D'autres puissances sont possibles sur demande, nous consulter. Tension assignée Un (kv) y 6,6 6,6 à à 15,6 15,6 à 21,8 21,8 à 32,7 > 32,7 Tension la plus élevée Um (kv) 7, ,5 24 > 24 Mode de couplage triangle double étoile Batteries de type fixe, sur châssis ouvert Puissance maximale (kvar) toute puissance Protection contre défauts internes fusibles MT mesure de déséquilibre Batteries de type fixe, en cellule Puissance maximale (kvar) Protection contre défauts internes fusibles MT mesure de déséquilibre Batteries de type «gradin», en cellule Puissance maximale (kvar) Appareillage de contacteur commande inter. ou disjoncteur Protection contre défauts internes fusibles MT mesure de déséquilibre 469F2330.fm/7

9 Les batteries de condensateurs MT E29125 CP210 Batteries CP de type fixe, avec capot cache-bornes Caractéristiques CP 210 (*) Type de batterie fixe Condensateurs nombre 1, 2 ou 3 type triphasés Couplage triangle Châssis ouvert avec capot cache-bornes Indice de protection IP 23 Pour l intérieur oui Pour l extérieur oui Tension d'isolement maxi 12 kv Puissance max kvar (*) la protection de la batterie doit être assurée par des fusibles HPC non fournis E29126 E29128 CP212 Batteries CP de type fixe, sur châssis ouvert Caractéristiques CP212 CP225 CP229 Type de batterie fixe fixe fixe CP230 fixe Condensateurs nombre 1, 2 ou 3 6, 9 ou maxi selon besoin type triphasés monophasé monophasé monophasé Couplage triangle double étoile double étoile double étoile Equipement sur châssis ouvert ouvert ouvert ouvert Pour l intérieur oui oui oui oui Pour l extérieur non (1) oui oui oui Tension d'isolement maxi 12 kv 36 kv 36 kv > 36 kv Puissance max. (2) 1500 kvar 7200 kvar kvar toutes puiss. Equipement complémentaire Inductance d amortissement Bobine de décharge rapide Fusibles HPC Relais pour protection de déséquilibre (livré séparément) (1) l équipement peut être utilisé en extérieur si l option fusible n est pas choisie. (2) pour des puissances supérieures, nous consulter. CP225 E29127 CP229 E29129 CP F2330.fm/8

10 Les batteries de condensateurs MT E29126 E29127 CP214 Batteries CP de type fixe, en cellule Caractéristiques CP214 Type de batterie fixe CP227 fixe Condensateurs nombre 1, 2 ou 3 6, 9 ou 12 type triphasé monophasé Couplage triangle double étoile Equipement en cellule en cellule Pour l intérieur oui oui Pour l extérieur oui oui Tension d'isolement maxi 12 kv 36 kv Puissance max kvar 7200 kvar Equipement complémentaire Inductance d amortissement Bobine de décharge rapide Fusibles HPC Relais pour protection de déséquilibre livré séparément) CP227 E29132 E29133 CP253 Batteries CP de type "gradin", en cellule Caractéristiques CP253 Type de batterie gradin modulable CP254 gradin modulable Condensateurs nombre 1, 2 ou 3 6, 9 ou 12 type triphasé monophasé Couplage triangle double étoile Equipement en cellule en cellule Pour l intérieur oui oui Pour l extérieur oui oui Tension d'isolement maxi 12 kv 36 kv Puissance max kvar 7200 kvar Equipement complémentaire Matériel MT : Inductance d amortissement Bobine de décharge rapide Sectionneur de mise à la terre Appareil de commande par : - Rollarc avec fusibles HPC - disjoncteur Fluarc SF1 Matériel BT : Régulateur Commande manuelle à distance Signalisation "marche" et "défaut" Relais pour protection de déséquilibre (livré séparément) CP F2330.fm/9

11 Dimensions des condensateurs MT Propivar E29122 E29123 Condensateur Propivar monophasé Condensateurs Propivar Dimensions (mm) et masse (kg) des cuves (à titre indicatif) Condensateurs monophasés Condensateurs triphasés Puissances avec fusibles internes sans fusibles internes sans fusibles internes (kvar) 50 Hz H P masse H P masse H P masse Condensateurs monophasés et triphasés Raccordement sur isolateurs en résine pour câbles de section y 50 mm 2 hauteur totale extérieure des bornes (b) 135 mm pour les tensions y 7,2 kv 233 mm pour les tensions 12 et 17,5 kv 282 mm pour les tensions 24 kv 377 mm pour les tensions 36 kv Fixation par 2 pattes percées pour vis M10 entraxe 401 ± 5 mm hauteur (h), du sommet de la cuve aux 150 mm pour les tensions y 7,2 kv pattes de fixation 180 mm pour les tensions > 7,2 kv Condensateur Propivar triphasé 469F3340.fm/10

12 Dimensions des batteries de condensateurs MT E29124 Batteries CP de type fixe, avec capot cache-bornes H (mm) L (mm) P (mm) Masse (kg) Nota : les dimensions et les masses sont indiquées pour l équipement le plus complet, hors condensateur. CP210 E29135 Batteries CP de type fixe, sur châssis ouvert Modèle H (mm) L (mm) P (mm) Masse (kg) CP CP CP CP Nota : les dimensions et les masses sont indiquées pour l équipement le plus complet, hors condensateur, selon le type de batterie considéré. CP21 E29136 CP225 CP229 E29138 E29137 CP F3345.fm/11

13 Dimensions des batteries de condensateurs MT E29139 Batteries CP de type fixe, en cellule Modèle H (mm) L (mm) P (mm) Masse (kg) CP CP Nota : les dimensions et les masses sont indiquées pour l équipement le plus complet, hors condensateur, selon le type de batterie considéré. CP214 E29140 CP227 E29141 Batteries CP de type "gradin", en cellule Modèle H (mm) L (mm) P (mm) Masse (kg) CP CP Nota : les dimensions et les masses sont indiquées pour l équipement le plus complet, hors condensateur, selon le type de batterie considéré. CP253 E29142 CP F3345.fm/12

14 AC0469/ Tout droit réservé Industries SA Rectiphase BP Pringy cedex France Tel.: (33) Fax: (33) ART En raison de l'évolution des normes et du matériel, les caractéristiques indiquées par le texte et les images de ce document ne nous engagent qu'après confirmation par nos services. Ce document à été imprimé sur du papier écologique Conception : AMEG Publication : Impression : Colorpress ex