Condensateurs de puissance

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1 Condensateurs de puissance par Charles HANTOUCHE Docteur ès Sciences Ingénieur-Chercheur au Service Matériel Électrique de la Direction des Études et Recherches d Électricité de France 1. Notion de puissance réactive... D Puissance réactive Compensation de la puissance réactive Généralités Aperçu historique Puissance et pertes diélectriques Emploi des condensateurs en HTB, HTA et BT Constitution et fabrication des condensateurs Principe et différentes techniques Mise en œuvre Traitement : séchage, dégazage et imprégnation Matériaux Causes de dégradation des condensateurs Causes intrinsèques Causes externes Essais des condensateurs de puissance Généralités Essais de routine Essais de type Batteries de condensateurs Types de batteries Systèmes d installation et de protection d une batterie shunt Sécurité Prévention de l environnement Systèmes de compensation Compensation en BT Compensation en HTA Compensation en HTB Situation internationale Conclusion Autres types de condensateurs Condensateurs pour installations de chauffage à induction Condensateurs de couplage et diviseurs capacitifs Condensateurs de disjoncteurs Condensateurs de stockage d énergie Condensateurs divers Pour en savoir plus... Doc. D E n électrotechnique, les condensateurs de puissance sont utilisés essentiellement pour : l amélioration du facteur de puissance ; la réduction des impédances en série des lignes ; Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

2 CONDENSATEURS DE PUISSANCE la régulation de la tension ; le filtrage des fréquences harmoniques ; le circuit bouchon des réseaux ; le démarrage des moteurs monophasés ; la protection des moteurs électriques ; le stockage de l énergie électrique. Cinq types de condensateurs permettent de satisfaire aux besoins des utilisateurs ; on distingue : les condensateurs mixtes : ils sont constitués par une feuille de papier et deux feuilles de plastique imprégnées par un diélectrique liquide non chloré ; les condensateurs tout film : ils sont constitués par deux ou trois feuilles de plastique imprégnées par un diélectrique liquide non chloré ; les condensateurs tout film métallisé : ils sont constitués par une feuille de plastique métallisée et non imprégnée ; les condensateurs tout film métallisé et imprégné : ils sont constitués par une feuille de plastique métallisée ; les bobines ainsi constituées sont imprégnées par un diélectrique liquide ou gazeux ; les condensateurs électrolytiques. Ces derniers, dont l emploi se limite au démarrage des moteurs monophasés, appartiennent plutôt au domaine de l électronique [32]. Par contre, les autres types de condensateurs sont très répandus sur les réseaux à haute tension (HTA et HTB) et à basse tension (BT). On traitera en détail, dans cet article, des condensateurs destinés à fournir l énergie réactive aux réseaux électriques ou aux installations industrielles. On utilise la terminologie définie par la norme CEI 871-1, dont on rappelle ci-après les principaux termes. Élément 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 condensateur 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. Condensateur : le terme condensateur est employé lorsqu il n est pas nécessaire de préciser s il s agit d un condensateur unitaire ou d une batterie de condensateurs. 1. Notion de puissance réactive Bien que l objet principal de cet article soit la description technique des condensateurs de puissance utilisés sur les réseaux alternatifs publics et industriels, il semble opportun de faire rappel des phénomènes électrotechniques qui rendent indispensable leur emploi. Pour plus de détails, le lecteur pourra se reporter en bibliographie aux articles référencés [33] [34] [35] [36]. 1.1 Puissance réactive Un réseau a pour fonction de transporter la puissance (ou l énergie) depuis une source de production vers un centre de consommation appelé charge ou récepteur. La charge est caractérisée par sa tension, son courant, son impédance et son facteur de puissance. Tout système électrique fonctionnant sous tension alternative consomme de l énergie sous deux formes, l énergie active et l énergie réactive, puisque la tension et le courant sont rarement en phase. En régime sinusoïdal, à la fréquence industrielle (50 Hz), appelons : U et I les valeurs efficaces respectivement de la tension u et du courant i, D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

3 CONDENSATEURS DE PUISSANCE ϕ le déphasage entre v et i (compté positivement si le courant est en retard sur la tension). La puissance apparente, fournie par la source de production S = UI impose les dimensions du générateur et du réseau de transport ou de distribution. Seule la puissance active, reçue par la charge, se transforme en énergie mécanique, thermique, lumineuse, etc. C est la puissance utile qui transite par la charge et qui est : P = UI cos ϕ = S cos ϕ Par rapport à la puissance apparente S, la puissance active P est réduite d un facteur de puissance cos ϕ entraînant des pertes d efficacité du réseau. La puissance réactive, non utilisée, est : Ainsi, on obtient : Q = UI sin ϕ = S sin ϕ S = P 2 + Q 2 En réalité, la puissance réactive sert à l aimantation des circuits magnétiques des machines électriques (transformateurs et moteurs) et de certains appareils tels que les lampes fluorescentes. Mais, par contre, la transporter en même temps que la puissance active conduit à surdimensionner les lignes de transport et de distribution et donc à en augmenter le coût ou à les faire fonctionner à leurs limites, ce qui peut conduire à des instabilités néfastes pour la qualité de service. On montre que la puissance réactive a des propriétés de conservation dans le réseau. Par convention, tout élément inductif du réseau (ϕ > 0) consomme de l énergie réactive et tout élément capacitif (ϕ < 0) en produit. Il est aisé de calculer ces consommations et productions. La puissance réactive consommée par une inductance L parcourue par un courant I est : Q L = Lω I 2 La puissance réactive produite par une capacité C soumise à une tension U est égale à : Q C = C ω U 2 avec ω = 2 π f (ω étant la pulsation du réseau en radians par seconde et f la fréquence en hertz). Comme pour la puissance active, on peut établir, aux nœuds du réseau ou sur tout trajet du courant, des bilans équilibrés de puissance réactive. Le bilan global est le suivant : les charges sont très généralement inductives, c est-à-dire consommatrices de puissance réactive ; les lignes aériennes produisent de l énergie réactive du fait de leur capacité lorsqu elles sont peu chargées ; elles en consomment lorsqu elles sont fortement chargées ; les câbles souterrains en produisent du fait de leur faible inductance et de leur grande capacité ; les transformateurs en consomment. Globalement, le réseau et ses charges appellent de l énergie réactive, sauf aux heures creuses. Ainsi, il s établit, sur les réseaux, une forte circulation de puissance réactive, ce qui se traduit par des cos ϕ faibles en tout point du réseau, par conséquent, de fortes pertes de rendement et un surdimensionnement des réseaux. L ampleur du phénomène est telle que, dans bien des cas, le réseau ainsi constitué deviendrait inexploitable. La solution consiste à produire de la puissance réactive au voisinage des lieux de consommation. C est le rôle des condensateurs de puissance. Placés près des éléments inductifs, ces condensateurs leur fournissent directement de la puissance réactive ; celle-ci n a plus à circuler sur le réseau d alimentation ; on limite ainsi les instabilités et les surdimensionnements des réseaux. 1.2 Compensation de la puissance réactive La figure 1 représente un réseau à prépondérance inductive et sa représentation de Fresnel, avec son impédance complexe Z = R + jx et sa tension V 2 aux bornes de la charge. On propose d améliorer le facteur de puissance par une compensation locale à l aide de condensateurs de puissance de capacité C. La figure 2 montre que, en calculant C pour que le courant I ait la même valeur que la composante réactive I r du circuit initial, cette compensation réduit le courant transporté par la ligne tout en assurant une alimentation correcte du récepteur. Cette réduction peut atteindre 20 à 40 %. Il faut remarquer que la portion AB de ligne alimentant la charge reste parcourue par la même puissance apparente S. Figure 1 Circuit sans compensation : schéma unifilaire Figure 2 Circuit avec compensation réactive : schéma unifilaire Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

4 CONDENSATEURS DE PUISSANCE 2. Généralités 2.1 Aperçu historique La bouteille de Leyde (1745) est le premier condensateur de stockage d énergie électrique. Elle permet la réalisation de nombreuses expériences de physique aux XVIII e et XIX e siècles. Les condensateurs ne sont utilisés industriellement pour l amélioration du facteur de puissance que vers Ces appareils, installés sur les réseaux, sont des unités monocuves, d une puissance réactive d environ 500 à kvar. Leur diélectrique est constitué par des feuilles de papier imprégné d huile minérale. En France, cette technique subsiste jusqu au début des années cinquante. À cette époque, les unités monocuves sont remplacées par des batteries de condensateurs monophasées de technologie tout papier imprégné d huile minérale. Le champ électrique est de 12 V/µm avec une tangente d angle de pertes diélectriques tan δ d environ 3,5 W/kvar. Cette valeur de pertes autorise la fabrication d unités de puissance unitaire de 20 kvar. Dans les années soixante, la qualité des papiers s améliore et l imprégnation s effectue par un liquide chloré appartenant au groupe des polychlorobiphényles (PCB) ; le champ passe à 16 V/µm et tan δ est réduite à 3 puis à 2 W/kvar. Les puissances unitaires passent à 30, puis à 50 kvar. Une nouvelle évolution technologique se manifeste avec la mise au point d un film de polypropylène (PP) dont les propriétés diélectriques sont performantes. Les pertes diélectriques sont réduites d un facteur 3 (tan δ = 0,6 W/kvar) et le champ est multiplié par plus de 2 (38 V/µm). À partir de , des unités de 100 kvar à diélectrique mixte (une feuille de papier entre deux feuilles de PP) imprégnées par le PCB commencent à être fabriquées par l industrie française. Mais la toxicité et la persistance des PCB dans l environnement, mises en évidence par Jensen en 1966, provoquent des changements importants. Dès 1972, le gouvernement japonais interdit l utilisation des PCB, les Américains font de même en La même année, la France restreint et réglemente les conditions d emploi des PCB. Cette situation conduit à la mise au point de nouveaux imprégnants non chlorés et ne présentant pas de danger pour l environnement. Ces nouveaux liquides, mises à part les améliorations apportées en matière d écotoxicité permettent de réduire de 10 % les pertes diélectriques (tan δ = 0,45 W/kvar) et d augmenter de 15 % le champ (45 V/µm) sans nuire à la fiabilité. Ainsi, la puissance unitaire est portée à 200 kvar entre 1975 et Parallèlement, pour le réseau à basse tension, la technique du condensateur métallisé (autorégénérateur) dont les éléments sont obtenus en bobinant du film de PP métallisé à l aluminium ou au zinc, fait son apparition. Au début des années quatre-vingt, les unités de 200 kvar sont équipées de fusibles internes (figure 3), chaque élément du condensateur étant protégé par un fusible. Cette technique améliore la disponibilité des unités sur les réseaux. Parallèlement, la totale maîtrise de la fabrication des films de PP permet de réaliser un diélectrique solide constitué uniquement de films de PP imprégnés par des liquides non chlorés. Les caractéristiques électriques de cette technologie, vers 1990, sont plus performantes : les pertes diélectriques sont 4 fois moindre (tanδ = 0,1 W/kvar) ; le gradient de potentiel d utilisation a augmenté de 30 % (60 V/µm) ; la puissance unitaire atteint 300 à 400 kvar avec des fusibles internes. Actuellement (1996), les fabricants proposent des condensateurs tout film (PP), de puissance réactive comprise entre 400 et 500 kvar, voire plus, avec des fusibles internes ou sans fusibles mais dont le champ est d environ 75 V/µm avec des tan δ de 0,1 W/kvar. Les différentes caractéristiques de chacune de ces technologies sont résumées dans le tableau 1. En conclusion, le passage des condensateurs de la technologie «tout papier» à celle de «tout film» a permis en 40 ans (figure 4) de : multiplier par 6 le champ électrique (de 12 à 75 V/µm) ; multiplier par 25 la puissance réactive unitaire (de 20 à 500 kvar) ; multiplier par 11 la puissance massique (de 0,7 à 8 kvar/kg) ; diviser par 35 les pertes diélectriques (tan δ, de 3,5 à 0,1 W/kvar). (0) Années Tableau 1 Évolution des caractéristiques des condensateurs de puissance Diélectriques Puissance réactive unitaire Champ électrique Tangente de l angle de pertes tan Masse (kvar) (V/µm) (W/kvar) (kg) Papier/huile minérale , Papier/PCB 30 à Mixte/PCB , Mixte/liquides non chlorés 100 à ,45 35 à Mixte avec fusible interne (1) , Tout film avec fusible interne (1) jusqu à , Tout film avec fusible interne (1) jusqu à ,1 65 (1) Ces condensateurs peuvent être également fabriqués sans fusible interne et le liquide d imprégnation est toujours non chloré. D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

5 CONDENSATEURS DE PUISSANCE 2.2 Puissance et pertes diélectriques Un condensateur est caractérisé, d une façon générale, par les valeurs de sa capacité, de sa tangente de l angle de pertes (tan δ ) et de sa puissance réactive Q. Ainsi, un condensateur monophasé de capacité C (exprimé en µf) alimenté sous une tension U (V) est parcouru par un courant d intensité I(A) telle que : I = 10 6 C ω U avec : C = ε r ε 0 /d où ε r et ε 0 sont respectivement la permittivité relative moyenne des isolants et la permittivité absolue du vide, la surface des armatures (électrodes) et d l épaisseur des isolants. Le condensateur délivre une puissance réactive Q (exprimée en kvar) : Q = 2π10 6 CfU 2 /10 3 = 2π10 9 CfU 2 = 2π10 9 ε r ε 0 fu 2 / d = 2π10 9 ε r ε 0 fe 2 d Par ailleurs, le condensateur est parcouru par un courant I qui n est pas tout à fait en quadrature de phase avec la tension U. L angle de pertes δ correspondant (figure 5), est le complémentaire de l angle ϕ, existant entre la tension et le courant. La puissance perdue P p (en W), dissipée sous forme de chaleur, est liée à Q (en kvar) par : P p = Q tan δ tan δ (W/kvar) est appelée facteur de pertes ; on dit aussi pertes diélectriques. avec E = U/d (V/µm) champ électrique appliqué. Ainsi, on obtient la puissance volumique (exprimée en kvar/dm 3 ) : Q / d = 2π10 9 ε r ε 0 fe 2 = K ε r E 2 La puissance volumique est proportionnelle au produit ε r E 2. On constate que plus le champ E est élevé, pour une puissance donnée et avec les matériaux couramment utilisés (par exemple, le diélectrique PP imprégné, qui a une permittivité relative ε r de l ordre de 2,2), moins le condensateur sera encombrant. Figure 3 Vue interne d un condensateur à fusibles internes Figure 4 Évolution des technologies des condensateurs Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

6 CONDENSATEURS DE PUISSANCE puissance ou aux fours à arcs, entraînant la création d harmoniques de courant et de tension, qui ont des effets néfastes sur les matériels du réseau et les appareils d utilisation (vieillissement accéléré ou claquage). Pour les limiter, on installe des filtres d harmoniques comportant des condensateurs [37]. Ces filtres sont, en général, associés à des batteries fournissant de la puissance réactive. On les utilise aussi pour filtrer les composantes harmoniques présentes sur le réseau à courant continu. Il faut mentionner que l on emploie les condensateurs de puissance pour d autres types d usage qui sont décrits succinctement en fin d article ( 8). On peut citer les condensateurs utilisés pour le stockage d énergie, pour la multiplication de la tension et comme diviseurs capacitifs. Les condensateurs de l électronique de puissance ne sont pas traités ici, mais dans l article référencé [32]. Figure 5 Représentation de l angle de pertes 2.3 Emploi des condensateurs en HTB, HTA et BT Le rôle de base des condensateurs de puissance est la compensation de la puissance réactive dans les réseaux électriques et le filtrage des harmoniques. Rappelons que, en France, les réseaux publics sont répartis en quatre niveaux : les réseaux de transport à très haute tension (THT) : 225 kv ou 400 kv ; les réseaux de répartition à haute tension (HTB) : 63 kv ou 90 kv ; les réseaux de distribution à moyenne tension (HTA) : 10 kv ou 15 kv ou 20 kv ou exceptionnellement 33 kv ; les réseaux de distribution à basse tension (BT) : tensions inférieures ou égales à V. On distingue trois types de compensation réactive. Compensation shunt Les condensateurs de puissance sont installés en dérivation sur le réseau ( 6.1.1). Pratiquement, ils sont connectés aux bornes du réseau suivant un couplage étoile (simple étoile ou double étoile) ou triangle. Le nombre de condensateurs connectés dépend de la puissance réactive totale nécessaire et de la puissance unitaire. Les condensateurs shunt sont utilisés : soit en BT, souvent au plus près des appareils d utilisation ; soit en HTA, où ils sont regroupés en batteries ( 6.2) de quelques mégavars ; soit en HTB, avec des batteries de plusieurs dizaines de mégavars ; soit, enfin, en THT, avec des batteries de quelques centaines de mégavars. Compensation série Les condensateurs de puissance sont placés en série sur le réseau dont ils compensent partiellement la réactance ( 6.1.2). Cette compensation, employée sur certaines lignes HTB ou THT qui sont à la fois très chargées et très longues, contribue à la stabilité de la tension du réseau. Ce type de compensation est assez exceptionnel en France. Mentionnons simplement que les principaux problèmes résident dans la protection contre les surintensités qui traversent les batteries de condensateurs lorsqu un court-circuit se produit sur les lignes où elles sont installées. Filtrage Les réseaux alternatifs sont le siège de phénomènes non linéaires, dus à des équipements composés d électronique de 3. Constitution et fabrication des condensateurs 3.1 Principe et différentes techniques L élément de condensateur (figure 6) est constitué de deux armatures métalliques (aluminium ou zinc) minces (de 5 à 6 µm), séparées par un milieu isolant (plusieurs films de papiers et/ou de films de PP imprégnés ou non par un diélectrique liquide) d épaisseur d et de permittivité ε. Les électrodes (de surface ) et les films sont enroulés et forment une bobine. Un condensateur unitaire est réalisé à partir d une association de plusieurs éléments connectés en parallèle et/ou en série. On distingue deux techniques de fabrication selon la tension d utilisation Condensateur utilisé en HT Les premiers condensateurs étaient fabriqués avec, comme isolant, des papiers Kraft (figure 7a ) imprégnés avec des huiles minérales, puis avec des PCB ( 2.1). Certaines unités (condensateurs de couplage) sont encore réalisées avec des couches de papier imprégné d huile minérale. À partir des années soixante, on a utilisé les condensateurs à diélectrique mixte (figure 7b ) imprégnés par des PCB, puis par des liquides non chlorés. Signalons que l huile de ricin imprègne, également, les condensateurs pour le stockage d énergie ou pour un fonctionnement sous très haute tension continue. Cette huile associe à une bonne stabilité thermique une permittivité relative élevée (ε r 5). Actuellement, les condensateurs de puissance, utilisés en France pour améliorer le facteur de puissance, sont à diélectrique tout film imprégné par un liquide non chloré avec ou sans fusibles internes. Le diélectrique solide est constitué par deux ou trois films d épaisseurs comprises entre 10 et 16 µm. Ces films de PP sont le plus souvent rugueux. Cette rugosité est nécessaire pour permettre au diélectrique liquide d imprégner l intérieur du condensateur. Les armatures sont réalisées avec des feuilles d aluminium dont l épaisseur est d environ 5 à 6 µm et qui peuvent être déformées, si les films de PP sont lisses (figure 8a ), ou non, si les films de PP sont rugueux (figure 8b ). Notons que la feuille d aluminium doit être parfaitement propre ; en particulier, un traitement adéquat doit éliminer tous les produits de lubrification utilisés lors du laminage. De plus, elle doit avoir une bonne régularité, une tenue mécanique satisfaisante, ne pas présenter de plis, de déchirures, d aspérités aux marges, etc. Actuellement, la technique de découpage au laser des armatures est de plus en plus utilisée. D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

7 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Figure 6 Élément de condensateur Une nouvelle technologie est au début de son développement dans le domaine HT ; c est celle des condensateurs tout film métallisé imprégné. On essaye d utiliser, en moyenne et haute tensions, les connaissances acquises sur la métallisation pour fabriquer des condensateurs à basse tension ( 3.1.2). La composition de l huile pour imprégner ce type de film n est pas encore arrêtée. Figure 7 Constituants d un élément de condensateur tout papier ou mixte Condensateur utilisé en BT Dans le passé, les éléments des condensateurs, qu ils soient destinés à la haute tension ou à la basse tension, relevaient de la même technique de fabrication. Puis, les condensateurs à diélectrique papier métallisé imprégné et, plus récemment, les condensateurs secs à film de PP métallisé sont apparus pour la basse tension. Dans les deux technologies, les armatures consistent en une mince couche de métal, d épaisseur inférieure à 0,01 µm (figure 9), déposée sur le diélectrique. Ce dépôt est obtenu par évaporation sous vide de métaux parmi lesquels le zinc et l aluminium sont traités par effet couronne pour assurer une bonne adhérence de la couche métallique. Les diélectriques métallisés possèdent la faculté d autorégénération (autocicatrisation). Lorsqu un claquage se produit, l énergie libérée autour du point de défaut volatilise une certaine surface de métal ; le point conducteur se trouve ainsi isolé par la disparition d une partie de l armature située à son contact (figure 9). Figure 8 Constituant d un élément de condensateur tout film 3.2 Mise en œuvre Condensateur utilisé en HT La figure 3 montre une vue éclatée d un condensateur et les schémas de la figure 10 présentent les dispositions internes de condensateurs sans et avec fusibles internes. Les éléments de condensateur, enroulés en bobine, sont aplatis et rangés côte à côte dans le sens vertical (position de plus en plus rare) ou horizontal suivant l évolution de la technologie. Chaque élément a une tension nominale comprise entre 1 et 2 kv. Ces éléments sont assemblés en un paquet qui forme la partie active de l unité, puis connectés électriquement selon un schéma série-parallèle permettant d obtenir la tension et la puissance désirées. Les sorties de courant peuvent être réalisées de trois façons : par languettes : on insère plusieurs languettes métalliques en contact avec chaque armature ; leur nombre par armature détermine l inductance propre de l unité et conditionne la tenue en régime de décharge brusque ; par armature débordante : on fait dépasser chaque armature sur les deux côtés opposés du bobinage et on y soude les connexions ; par armature débordante repliée : c est la même technique que la précédente, mais on plie l extrémité des armatures débordantes ; ce qui permet de réduire le risque de claquage dû à l effet de bord. Figure 9 Condensateur utilisé en BT : structure et autocicatrisation La partie active est isolée électriquement de la cuve métallique au moyen de nombreuses couches de papier (figure 3). Deux types de solutions pour l isolation à la masse peuvent être adoptés : dans le premier cas, la partie active du condensateur est isolée par rapport à sa cuve qui, en fonctionnement, est au potentiel de la terre ; cette disposition est adoptée lorsque le niveau d isolement n est pas trop élevé ; Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

8 CONDENSATEURS DE PUISSANCE En effet, lors du bobinage, les deux films sont très légèrement décentrés afin qu une partie métallisée de chacun des films soit visible à une des deux extrémités de la bobine. Une protection de zinc (shoopage ) sur ces extrémités permet de réaliser les connexions. Après avoir subi un traitement thermique, les bobines sont placées dans un boîtier muni de traversées isolantes, qui est ensuite scellé. Un condensateur élémentaire constitué d une bobine placée dans un boîtier métallique ou plastique peut être équipé, lors de sa fabrication, d un déconnecteur interne à surpression ou/et d un fusible interne en parallèle (figure 13). Ces dispositifs assurent la déconnexion interne entre l unité et le réseau lors d une anomalie de fonctionnement due à une dégradation rapide (surtensions transitoires) ou lente (vieillissement). La tension d un élément basse tension ne dépasse par V. On obtient une unité ayant une puissance et admettant une tension désirée en associant les éléments en groupement sérieparallèle ; le couplage est généralement triphasé. Les condensateurs secs à film de polypropylène métallisé se caractérisent par des pertes diélectriques d environ 0,2 W/kvar et un gradient de tension de 50 à 60 V/µm. Figure 10 Condensateur HTA avec et sans fusibles internes : schémas de la disposition interne dans le deuxième cas, lorsque le niveau d isolement est important, la dimension des bornes croît et l épaisseur de l isolement devient grande et limite la dissipation thermique de l unité ; on préfère réaliser un isolement réduit, avec, souvent, une seule borne isolée, l autre borne étant reliée à la cuve ; on installe alors les condensateurs sur des châssis isolés. La seconde solution est utilisée plutôt sur les réseaux HTB et THT. Enfin, l ensemble est soumis à un traitement de séchage et de dégazage. Puis, il est imprégné par un diélectrique liquide ( 3.3). La cuve est ensuite scellée et revêtue d une protection contre la corrosion. Pour assurer la sécurité de l exploitant, une résistance de décharge R d est prévue (figure 10). Cette résistance peut être placée entre les bornes de l unité ou répartie, en parallèle, sur les groupes en série. Une variante du condensateur, présentée sur la figure 10b, est l unité à fusibles internes. On insère, en cours de montage de la partie active, un fusible en série avec chaque élément. En cas de claquage d un élément, le fusible fond et l unité reste en exploitation au détriment d une perte très faible de sa capacité. Hormis un couplage particulier des éléments et la présence des fusibles, la conception générale et les méthodes de fabrication de ce type de condensateur sont identiques à celles des unités sans fusibles internes. Avec l introduction des fusibles internes, le nombre d interventions de maintenance et de changement de condensateurs est sensiblement réduit (réduction de l ordre de 2/3). 3.3 Traitement : séchage, dégazage et imprégnation Condensateur utilisé en HT Le traitement commence par un séchage, retirant la plus grande partie de l eau présente, surtout dans le papier. La partie active du condensateur est placée dans son enveloppe métallique dans laquelle une ouverture de section appropriée est aménagée. L ensemble est mis dans une étuve fermée et chauffée. Au début du traitement, la température doit être assez modérée, inférieure à 100 o C. La vapeur d eau qui se dégage doit être évacuée le mieux possible afin d éviter les réactions d hydrolyse de la cellulose. La deuxième partie du traitement est effectuée sous vide, à une température plus élevée. Il faut éviter l évaporation intense qui peut provoquer des refroidissements locaux et freiner le traitement. Vers la fin du dégazage, qui, suivant l importance de la cuve et les dimensions des condensateurs, peut se prolonger plusieurs jours, la température peut atteindre 120 o C, sous un vide d environ 10 2 mm Hg (1 Pa). Dans ces conditions, on retire l eau contenue dans le papier ainsi que l air dans les films de polypropylène. L imprégnation est la troisième phase du traitement ; au cours de celle-ci, l imprégnant est introduit dans la cuve par le biais de l ouverture aménagée. Il a été, évidemment, soigneusement dégazé auparavant. En effet, le taux de gaz en solution conditionne, pour une bonne part, la tenue du condensateur aux décharges partielles (effluves). Enfin, après une durée d imprégnation suffisante, la cuve est refroidie, le vide est cassé et l ouverture de l enveloppe est obturée Condensateur utilisé en BT La figure 11 montre une vue éclatée d une cuve de condensateurs à basse tension. L élément est obtenu en bobinant simultanément deux films de PP métallisés ayant la particularité de conserver sur quelques millimètres un des deux bords non métallisés (figure 12). On réalise ainsi une bobine à armature débordante. Cette métallisation sert d armature et confère au condensateur des propriétés d autocicatrisation (figure 9) Condensateur utilisé en BT Les éléments bobinés subissent un traitement de séchage et de dégazage au cours duquel le film métallisé se resserre sur lui-même. Une fois placés dans leur boîtier, ils sont enrobés par une résine polymérisable. En assurant ainsi une bonne étanchéité, on évite la pénétration d oxygène et d humidité qui peut entraîner, au cours du temps, une dégradation des performances du condensateur et une réduction de sa capacité. D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

9 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Figure 11 Cuve de condensateurs à basse tension : vue éclatée [17] Papier La pâte à papier pour condensateur est fabriquée par traitements mécanique et chimique du bois de pin. La masse volumique de la cellulose peut être estimée à 1,54g/cm 3 et sa permittivité relative à 6,5 à la fréquence industrielle (50 Hz). Actuellement (fin des années quatre-vingt), les fabricants utilisent le papier pour isoler la partie active du condensateur de la cuve ( 3.2.1). L utilisation du papier comme diélectrique solide pour les condensateurs de puissance se fait de plus en plus rare. Figure 12 Conception d un condensateur BT Film de polypropylène Le polypropylène, découvert en 1954 par G. Natta, est un polymère isotactique où tous les groupes méthyles sont situés du même côté du plan contenant la chaîne carbonée ; sa formule chimique est : n CH 3 CH CH 2 [ CH 2 CH( CH 3 )] n Il comporte un taux réduit de forme atactique (les groupes méthyles sont répartis au hasard d un côté ou de l autre de la chaîne) et un faible taux d impuretés minérales. Figure 13 Condensateur BT avec un déconnecteur à surpression et un fusible : schéma interne [28] 3.4 Matériaux Si le principe de base d un condensateur n a pas changé, en plus de trente ans les condensateurs de puissance ont très sensiblement évolué, grâce, en grande partie, aux progrès des matériaux. Ils ont progressé par paliers technologiques successifs, de condensateurs tout papier imprégné à l huile minérale à ceux de technologie tout film avec un imprégnant non chloré ( 2.1). Il existe, actuellement, trois types de procédés de fabrication des polypropylènes : la polymérisation en milieu aqueux, la polymérisation en masse et la polymérisation en phase. Il faut noter que, après la polymérisation, le polypropylène se présente sous forme d une poudre grossière de 0,3 à 1 mm de granulométrie, en général difficile à utiliser dans les machines de transformation. Ainsi, le polypropylène est malaxé à l état fondu dans une extrudeuse, puis refroidi à sa sortie sous forme de granulés cylindriques, de dimension allant jusqu à 5 mm. Les procédés de mise en œuvre du polypropylène, permettant d obtenir des films pour condensateurs, sont l extrusion avec bi-étirage à plat et l extrusion avec bi-étirage par le procédé à la bulle. Les principales caractéristiques du polypropylène sont les suivantes. Propriétés électriques : c est un polymère non polaire ; sa tangente de pertes est tan δ et sa permittivité relative est 2,2 < ε r < 2,3 ; sa rigidité diélectrique de claquage en courant continu peut atteindre 700 V/µm. Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

10 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Propriétés mécaniques : sa résistance à la rupture est de l ordre de 40 MPa et l allongement à la rupture est compris entre 100 et 600 %. Propriétés physiques : sa masse volumique est voisine de 0,9 g/cm 3 et son absorption d eau est faible (inférieure à 0,05 %). Propriétés thermiques : sa température de fusion est comprise entre 160 et 170 o C et sa conductivité thermique est 0,22 W/m K. Pour améliorer les caractéristiques des films de polypropylène, plusieurs additifs sont introduits pendant la transformation. On peut citer : les anti-uv pour stabiliser sa dégradation aux UV ; les antioxydants pour améliorer sa résistance aux agents oxydants présents ; les stabilisants thermiques, les agents ignifugeants pour améliorer son comportement au feu ; les charges minérales pour augmenter sa rigidité mécanique et sa tenue thermique Imprégnants Les huiles utilisées comme imprégnants des diélectriques solides, pour la moyenne et la haute tensions, ont suivi aussi les paliers technologiques successifs. On est passé de l huile minérale au MDBT en passant par les huiles de synthèse comme le PCB, le BNC et le MIPB. Les principales caractéristiques des isolants liquides (imprégnants) utilisés dans les condensateurs installés sur le réseau EDF sont rassemblées dans le tableau 2. d associer des diélectriques dont les permittivités relatives sont trop différentes, ce qui se traduit par une mauvaise répartition des contraintes électriques. Actuellement (en 1996), pour les condensateurs, les puissances unitaires élevées (d environ 500 à 600 kvar) sont obtenues avec des diélectriques tout film (ε r = 2,2) imprégnés avec des liquides de faible permittivité (ε r = 2,5), mais soumis à des champs électriques élevés (entre 60 et 75 V/µm). Rigidité diélectrique À chaque palier technologique, le champ électrique de fonctionnement de condensateur augmente (tableau 1). Cela implique des matériaux dont les rigidités diélectriques sont de plus en plus élevées. Pour le papier, la rigidité diélectrique est influencée par la masse volumique, l épaisseur (figure 14), la porosité et le nombre de points conducteurs. Le film de polypropylène est, par contre, plus homogène, surtout celui obtenu par extrusion avec un bi-étirage à plat, qui est plus compact et plus pur ; sa rigidité diélectrique, exprimée en fonction de la surface de l échantillon (figure 15), est supérieure à celle du papier. En ce qui concerne les isolants liquides utilisés, leur rigidité diélectrique se situe au-dessus de 60 V/µm Principales caractéristiques des isolants solides et liquides Les fournisseurs de matériaux et les fabricants de condensateurs procèdent à la mesure de nombreuses propriétés et à divers essais de sélection ou de réception. La connaissance de certaines caractéristiques est indispensable pour concevoir le condensateur et sa tenue en fonctionnement. On peut retenir les principales caractéristiques suivantes. Permittivité relative Bien que l on ait intérêt à choisir des solides et des liquides de permittivité élevée, il faut éviter : d utiliser des diélectriques liquides dont les permittivités relatives sont trop fortes, car les caractéristiques diélectriques diminuent progressivement sous l action des champs électriques ; en particulier, les imprégnants sont très sensibles à la dissociation d impuretés extraites du solide imprégné ou encore engendrées par autodissociation du liquide lui-même ; Figure 14 Rigidité diélectrique du papier sous tension continue en fonction de l épaisseur Tableau 2 Caractéristiques des imprégnants utilisés pour les condensateurs (0) Caractéristiques Permittivité relative à 50 Hz... Viscosité cinématique... Polychlorobiphénile PCB Néocaprate de benzyle BNC Mono-isopropylbiphényle MIPB Phényl-xylyéthane PXE Mono-di-benzyltoluène MDBT à 20 o C ,8 2,8 2,7 2,6 à 60 o C... 5,1 3,3 2,5 2,5 2,5 à 30 o C... (mm 2 /s) 2,8 4,6 6,2 6,5 6,5 à 75 o C... (mm 2 /s) 3,9 2,2 2,1 2,3 < 2 Point d écoulement... ( o C) 23 < Point d éclair... ( o C) Point de feu... ( o C) néant Masse volumique à 20 o C... (en 10 3 kg/m 3 ) 1,38 0,96 0,99 0,99 1,01 D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

11 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Figure 15 Rigidité diélectrique d un film de polypropylène sous tension continue en fonction de la surface de l échantillon Pertes diélectriques D après les figures 16 et 17, on constate que les variations de la tangente de l angle de pertes diélectriques du polypropylène en fonction de la température ou de la fréquence sont relativement réduites par rapport à celles du papier. Cette caractéristique (tan δ de l ordre de ) impose le polypropylène comme le diélectrique solide dans les condensateurs. En ce qui concerne les diélectriques liquides, les valeurs de tan δ (figure 18) peuvent atteindre les mêmes ordres de grandeur que les solides. Il faut noter que les pertes diélectriques des condensateurs sont influencées par la polarité des molécules de l imprégnant (plus l imprégnant est polaire plus les pertes sont importantes). Elles dépendent aussi de la température (figures 16 et 18). Ainsi, pour réduire les pertes d énergie il faut choisir des isolants peu polaires (c est-à-dire à faible permittivité). Absorption de gaz sous décharges partielles La capacité d absorption de gaz formé sous effluve électrique d un imprégnant est une grandeur importante quant à la prévision de sa tenue aux décharges partielles. En effet, l isolant liquide et ses additifs doivent réagir aux décharges partielles et éviter la formation de bulles de gaz qui peuvent provoquer le claquage d un condensateur. Les imprégnants comme le MDBT ou le PXE ont une capacité d absorption trois ou quatre fois supérieure à celles des anciens liquides (PCB). Par ailleurs, ces imprégnants ont des qualités bioécologiques (toxicité, biodégradabilité, etc.) supérieures à celles des premières huiles de synthèse. Figure 16 Tangente de l angle de pertes diélectriques, à 1 khz en fonction de la température pour quelques polymères En résumé, les condensateurs de la fin des années quatre-vingt-dix sont caractérisés par : une meilleure rigidité diélectrique (champ élevé) ; un niveau d apparition de décharges partielles plus élevé ; une plus grande capacité d absorption des gaz ; une relative homogénéité des permittivités relatives entre les isolants solides, et liquides ; des pertes diélectriques fortement réduites ; une meilleure qualité bioécologique. Figure 17 Tangente de l angle de pertes diélectriques, à 20 o C en fonction de la fréquence pour quelques polymères Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

12 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Figure 18 Tangente de l angle de pertes diélectriques, à 50 Hz, sous tension nominale en fonction de la température pour quelques imprégnants 4. Causes de dégradation des condensateurs Le retour d expérience du fonctionnement des condensateurs de puissance sur le réseau EDF (figure 19) permet la distinction de deux types de causes de dégradation : les causes intrinsèques et les causes externes. 4.1 Causes intrinsèques En fonctionnement sur les réseaux, les condensateurs sont assujettis à des contraintes électriques et/ou thermiques dues à l exploitation même. Il est indispensable de tenir compte des phénomènes physiques dont l apparition et le développement pourraient conduire rapidement à une défaillance et qui sont, en particulier : l instabilité thermique des diélectriques ; les impuretés introduites accidentellement durant la fabrication ; les phénomènes transitoires rapides ; les surtensions ou les surintensités qui peuvent se manifester sur les réseaux et provoquer l apparition de décharges partielles ou accélérer le vieillissement des diélectriques ; les harmoniques Instabilité thermique Le condensateur atteint un régime d instabilité thermique lorsque les pertes produites sont supérieures à celles qui peuvent être évacuées dans le milieu environnant. La prédétermination d un tel régime et son contrôle étaient importants pour l ancien palier technologique tout papier, vu les pertes diélectriques très importantes Figure 19 Évolution du taux de défaillances annuel des condensateurs sur le réseau public (EDF) du papier (3,5 W/kvar). Par contre, les isolants, aujourd hui, ont des pertes très faibles (0,1 à 0,2 W/kvar) et qui augmentent peu avec la température sauf en cas de pollution accidentelle. Il en résulte que les condensateurs actuels sont stables jusqu à des températures supérieures à 100 o C. Toutefois, à ces températures élevées, la dégradation des constituants est rapide et la durée de vie des condensateurs peut être abrégée. Un essai de type existe toujours dans les normes ( 5.3.1) pour contrôler une éventuelle instabilité thermique accidentelle due à des impuretés présentes dans les composants du condensateur Rupture diélectrique La tension de claquage d un diélectrique de condensateur ( 3.4.4) est élevée. Toutefois, ce niveau n est atteint et conservé dans le temps que si le diélectrique a été réalisé avec tous les soins nécessaires. Des impuretés (faible quantité d humidité, particules métalliques en suspension...), provenant d un matériau mal contrôlé ou de la simple manutention des constituants avec une propreté insuffisante, des poussières, des soudures, etc., réduisent la rigidité diélectrique de façon considérable. De plus, les connexions internes peuvent être détruites par la mise en courtcircuit d un condensateur chargé à une tension trop élevée, à cause de mauvaises soudures de connexions. Les essais de routine et de type sont prévus pour un tel contrôle de rupture diélectrique ( 5) Fuite diélectrique Les condensateurs HTA en exploitation, surtout ceux installés à l extérieur, sont soumis à des contraintes thermiques et mécaniques environnementales très variées. Les variations climatiques, la manu- D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

13 CONDENSATEURS DE PUISSANCE tention (serrage, desserrage des bornes) permettent, dans le cas d une fabrication mal soignée pour l étanchéité des traversées, une fuite du liquide diélectrique qui peut conduire au claquage de l unité Décharges partielles Les différentes contraintes électriques (transitoires, surtensions, harmoniques...) du réseau peuvent créer, en certains points des diélectriques du condensateur, un champ électrique trop important ; parmi les nombreux phénomènes qui en résultent, citons : la libération de gaz dissous ; la formation de vacuoles ; l apparition de petites décharges accompagnées de la destruction de certaines molécules ; la formation de produits gazeux. Les gaz dans ces vacuoles sont ionisés et accélérés par le champ électrique ; ils génèrent de nouveaux sous-produits qui accélèrent à leur tour le processus de dégradation. Ces phénomènes sont intenses au niveau de toutes les aspérités produisant un effet de pointe (bords et extrémités des armatures métalliques, corps étranger, etc.). Ils sont dangereux si des bulles se forment soit par suite de dégazage insuffisant, soit par suite de réactions chimiques libérant des gaz. Le diagnostic de la présence de décharges partielles dans les condensateurs est particulièrement complexe pour différentes raisons : la capacité d un condensateur industriel est très élevée (par rapport aux capacités d autres matériels électriques), d où la présence d un bruit de fond élevé (il faut distinguer les impulsions dues aux bruits de celles des décharges partielles) ; les décharges partielles n apparaissent pas, bien souvent, sur les unités neuves ; pour les condensateurs «tout film» bien conçus, la tension d apparition des décharges partielles est supérieure à 1,5 fois, voire 2 fois, la tension assignée de fonctionnement ; on ne peut mesurer que la décharge apparente ramenée aux bornes de l unité, la partie active d un condensateur étant complètement scellée, etc. Un condensateur ne doit pas présenter de décharges partielles à sa tension de service. Elles peuvent apparaître à la suite d une surtension importante, mais doivent s éteindre rapidement (capacité d absorption). La présence de décharges partielles d une manière permanente est une indication d un certain niveau de dégradation des diélectriques, qu il faut quantifier. En 1996, des investigations sont en cours, dans plusieurs pays, pour pouvoir établir une corrélation entre les décharges partielles mesurées et leur niveau de nocivité sur les diélectriques ou le niveau de dégradation. La détection des décharges partielles est un essai non destructif. De nombreuses méthodes ont été mises au point : méthodes électriques (directe ou en pont), méthode acoustique, méthode optique, méthode électrique sous rayons X [13] [30]. La méthode électrique en pont est la mieux adaptée à cause de la valeur élevée de la capacité du condensateur sous essai. La figure 20 représente le schéma de principe du dispositif en pont avec un système d acquisition numérique. Ce dispositif numérique permet de mesurer la décharge apparente et sa phase d apparition. À partir de ces deux mesures, on peut calculer un grand nombre de grandeurs physiques des décharges partielles (énergie, puissance, débit quadratique, courant moyen, fréquence de répétition, charge moyenne, etc.) et des paramètres statistiques (écart-type, aplatissement, asymétrie, etc.) qui permettent d interpréter les spectres des décharges partielles obtenus. Figure 20 Dispositif numérique de mesure des décharges partielles : schéma de principe Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

14 CONDENSATEURS DE PUISSANCE On espère, avec ce nouveau système, pouvoir diagnostiquer sans ambiguïté la nocivité des décharges partielles produites dans un condensateur. 4.2 Causes externes Le retour d expérience (cumulé sur 20 ans à EDF) montre qu une partie du taux de défaillances total est due à des causes externes (figure 19). Les principales causes sont : la manutention : pendant l installation des condensateurs sur le réseau, un serrage au-delà de 40 N m conduit à la rupture des bornes ; les animaux : la majorité des batteries moyenne et haute tensions est installée à l extérieur, d où le risque de court-circuit et de claquage de condensateurs au passage d animaux (chats, oiseaux, fouines, etc.) ; les herbes : pour la même raison que précédemment, quelques plantes peuvent provoquer le court-circuit d une batterie et le claquage de condensateurs. 5. Essais des condensateurs de puissance 5.1 Généralités Les causes de dégradation en fonctionnement des condensateurs, exposées au paragraphe 4, permettent d établir et de faire évoluer les essais de contrôle à réaliser. Les essais à effectuer sur les condensateurs destinés à la production de la puissance réactive sont spécifiés par les normes d entreprise, nationales, européennes et les publications internationales. Toutes ces normes (cf. [Doc. D 4 710] (distinguent deux types d essais : les essais de routine et les essais de type. Pour la moyenne et la haute tensions (tension supérieure à V), on a : au niveau international, les publications CEI : 110, 143-1, 143-2, 252, 358, 549, 594, 595, 871-1, 871-2, 871-3, 871-4, 996, , et 1642 ; au niveau européen, les normes : HD : 525-1, ; au niveau national les normes : NF C , NF C , NF C , C , C , NF C , NF C , NF C , NF C et NF C ; au niveau d EDF, les spécifications HN : 54-S-03, 54-S-05. Pour la basse tension (tension inférieure ou égale à V), on a : au niveau international, les publications CEI : 831-1, 831-2, 931-1, 931-2, et 996 ; au niveau européen, les normes EN : , , , ; au niveau national, les normes : NF C , C , NF C , NF C , NF C et NF C ; au niveau d EDF, la spécification : HN 54-S-04. Au moment de la publication de cet article, les éditions des normes que l on vient d énumérer et qui sont précisées en [Doc. D 4 710] étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les personnes intéressées sont invitées à rechercher la possibilité d appliquer les éditions les plus récentes des normes mentionnées. 5.2 Essais de routine Les essais de routine sont des essais à effectuer sur chaque condensateur fabriqué. Ils permettent de s assurer que les conditions minimales de performances exigées sont bien tenues. D une manière générale, on contrôle les caractéristiques suivantes : la capacité C et la tangente de l angle de pertes diélectriques tan δ ; la tenue de la rigidité diélectrique (essais diélectriques) ; l étanchéité de la cuve. D après les différentes normes et quel que soit le niveau de tension, les essais de routine à effectuer systématiquement sur chaque unité sont : les mesures de C N et de tan, à la tension U N et à la fréquence f N assignées de fonctionnement ; l essai de tenue en tension entre bornes : la tension appliquée est : en basse tension, d environ 2,15 fois la tension assignée, en moyenne et haute tensions, 2,5 fois la tension assignée ; aucune défaillance n est autorisée ; l essai diélectrique entre bornes réunies et la cuve : les tensions appliquées dépendent des tensions de fonctionnement (3,6 kv pour la basse tension et 50 kv pour les moyenne et haute tensions) ; l essai d étanchéité : chaque unité, contenant un diélectrique liquide, est soumise, hors tension, à une température supérieure à la valeur maximale de la catégorie de température du condensateur ; aucune fuite n est admise. 5.3 Essais de type Les essais de type sont effectués afin de prouver que la conception, les dimensions, les matériaux et la construction sont tels que le type de condensateur conçu satisfait aux caractéristiques spécifiées et aux conditions de fonctionnement précisées par le fabricant et l utilisateur (l acheteur). D une manière générale, pour réaliser une sélection plus efficace des fabrications, on soumet les condensateurs surtout à des essais d endurance, qui peuvent simuler d une manière accélérée, sur quelques condensateurs, les phénomènes de dégradations (lentes et rapides) des diélectriques sur le réseau Essais de type (classiques) Essai de stabilité thermique Cet essai permet de contrôler une éventuelle instabilité thermique des diélectriques ( 4.1.1). Les condensateurs doivent rester thermiquement stables dans les conditions d ambiance les plus sévères et en surcharge prolongée. La stabilité thermique est vérifiée de la façon suivante : le condensateur est placé dans une enceinte dont la température de l air est maintenue constante et égale à 45 o C ± 2 o C. Il séjourne hors tension pendant au moins 8 h. Puis, pendant une durée d au moins 32 h, il est soumis à une tension alternative telle que la puissance soit égale à 1,44 fois la puissance assignée. Cette tension est déterminée par la relation : U essai = 1,2 U N C N /C Pendant l essai on ne doit pas constater une augmentation de tan δ. La capacité C et tan δ sont mesurées sous tension d essai au début et à la fin de l essai. La différence entre les résultats de ces deux mesures doit être inférieure à celle correspondant à la perforation d un élément ou à la fusion d un fusible. D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

15 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Mesure de C et de tan à température élevée Cet essai est effectué à la fin de celui de stabilité thermique. Les valeurs obtenues doivent être inférieures à celles fixées par le fabricant ou l acheteur. Essai de tenue en tension entre bornes Le condensateur est soumis pendant 10 s à une tension alternative égale à 2,15 U N. Au cours de cet essai, il ne doit se produire ni perforation de l isolant, ni fusion de fusible, ni contournement. Essai diélectrique entre bornes réunies et cuve L essai est effectué sous une tension alternative appliquée, pendant 1 min, et déterminée selon le niveau d isolement du condensateur sous essai. Au cours de cet essai, il ne doit se produire ni perforation, ni contournement, ni fusion de fusible. Essai au choc de foudre entre bornes et cuve L essai doit être exécuté avec une onde de choc de 1,2/50 µs et une valeur de crête correspondant au niveau d isolement de l unité. Quinze chocs positifs suivis de quinze chocs négatifs sont appliqués entre les bornes réunies entre elles et la cuve. L essai est satisfaisant si aucune perforation ne se produit dans l isolant et si deux contournements au plus se produisent pour chaque polarité. Essai de décharge en court-circuit Le condensateur doit être chargé en courant continu, puis déchargé à travers un éclateur. On procède à cinq décharges sur une durée de 10 min, la tension d essai étant 2,5 U N. Ensuite, l unité doit être soumise à un essai de tenue en tension entre bornes à 2,15 U N en courant alternatif ou 4,3 U N en courant continu. La capacité de l unité est mesurée avant et après l essai. La différence entre les deux valeurs mesurées doit être inférieure à celle correspondant au claquage d un élément ou à la fusion d un fusible. Essai de fonctionnement des fusibles internes Cet essai vérifie le fonctionnement du fusible lors du claquage d un élément. Cette vérification est réalisée en deux étapes : la mise en défaut d un élément (au moyen d une pointe par exemple) sous 0,9 U N et la vérification de la fusion du fusible correspondant en mesurant la capacité de l unité ou du groupesérie ; la mise en défaut d un second élément du même groupe sous 2,2 U N et la vérification de la fusion du fusible correspondant en mesurant la capacité de l unité ou du groupe-série. Après ces essais, l unité ou le groupe-série est soumis pendant 10 s à un essai diélectrique sous une tension égale à 2,15 U N (on peut effectuer tous ces essais en tension continue). Aucun amorçage ne doit se produire entre les bornes des fusibles, ni les éléments Essai de type (endurance) Les essais d endurance sont exécutés pour s assurer que les dégradations lentes du diélectrique (essai de vieillissement accéléré) et les dégradations rapides dues à des surtensions répétées (essai de tenue aux surtensions) ne causeront pas, en service, de claquage prématuré du diélectrique. Leur but est de s assurer à court et, surtout, à long terme de la fiabilité des condensateurs sur les réseaux. Le retour d expérience depuis l introduction de ces essais d endurance montre une diminution importante des défaillances intrinsèques. Essais de vieillissement accéléré Dans cet essai, on met en évidence, s ils existent, des phénomènes d incompatibilité entre les divers constituants et/ou des dégradations lentes des diélectriques (solides et liquides). Il ne s agit pas d établir une courbe de durée de vie mais de vérifier que les condensateurs ne sont pas le siège de phénomènes de dégradation entraînant leur défaillance. La valeur des contraintes choisies ne doit pas dépasser des limites susceptibles de provoquer des phénomènes fondamentalement différents de ceux pouvant se produire en exploitation, ou d engendrer des phénomènes non souhaités (dégradations rapides). Cet essai est essentiellement destiné à simuler une longue durée de service sur le réseau. Différents résultats d essais expérimentaux, effectués sur de nombreux condensateurs, permettent de fixer les conditions qui ne favorisent pas d apparition des décharges partielles et qui n entraînent pas la destruction du diélectrique par excès de température. Ces conditions sont les suivantes : une température maximale au cœur du diélectrique de 80 o C ; une tension de l unité inférieure à 1,5 U N. Le mode opératoire est le suivant : le condensateur est placé dans une enceinte chauffée et ventillée. La température de l air ambiant est réglée de telle façon que la température au point situé aux 2/3 de la cuve soit égale à 65 o C ± 3 o C. En même temps, le condensateur est soumis à une tension permanente de 1,4 U N durant h. Après cette période, il est ouvert et la rigidité diélectrique de chaque élément est mesurée sous une rampe de tension continue. On calcule l écart-type et la moyenne des valeurs mesurées. Le claquage individuel des éléments permet de connaître l homogénéité (écart-type) de la rigidité diélectrique des éléments de l unité après vieillissement accéléré. Essai de tenue aux surtensions On vérifie que les mises en service à basse température d un condensateur ou d une batterie n entraînent pas de dégradation du diélectrique et que les décharges partielles, si elles apparaissent, sont convenablement neutralisées par les dispositions constructives. De ce fait, le condensateur est placé, hors tension, durant 12 h au moins, dans une enceinte à 25 o C (température assignée minimale en France). Ensuite, il est placé dans une atmosphère d air calme dont la température est 20 o C. On lui applique la tension assignée U N. Puis, toutes les 5 min, on effectue une surtension de 2,25 U N d une durée de 50 périodes (soit 1 s). On revient, après, à la tension assignée U N qui est maintenue sans interruption. Après 85 surtensions, on remet l unité hors tension et à 25 o C pendant 12 h au moins. L essai doit être poursuivi jusqu à ce que le condensateur ait été soumis à un nombre total de surtensions (soit 12 séjours à 25 o C). À la fin de l essai, la capacité et la tangente de l angle de pertes sont mesurées et comparées aux valeurs initiales. Aucune défaillance d élément ne doit se reproduire quand deux unités ont été essayées un claquage est accepté quand trois unités ont été essayées. La valeur mesurée de la tangente de l angle de pertes ne doit pas dépasser la valeur déclarée par le constructeur. 6. Batteries de condensateurs Sur le réseau, les condensateurs sont groupés sous forme de batteries avec l appareillage indispensable à leur mise en service et à leur protection. Une batterie de condensateurs est un générateur de puissance réactive nécessaire pour alléger la puissance apparente des réseaux en amont des lieux de consommation [37]. Ce Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

16 CONDENSATEURS DE PUISSANCE composant passif du réseau est sollicité particulièrement pendant les périodes de forte consommation (périodes de pointes et de surcharges). Sa disponibilité sur le réseau pendant ces périodes est très souhaitable pour réduire les chutes de tension et les pertes en réseau et donc pour optimiser le coût du kilowattheure. 6.1 Types de batteries Ces batteries jouent, en plus de l amélioration de la capacité de transport d énergie du réseau, d autres rôles : maintien de la tension d un réseau à facteur de puissance normal ou faible ; répartition des charges, dans le cas de lignes fonctionnant en parallèle. Les puissances des batteries en série atteignent quelques centaines de mégavars. Elles comportent des plates-formes isolées, à la même tension que la ligne (figure 23a ). On distingue deux types de batteries suivant leur raccordement : le branchement en dérivation pour les batteries shunt ; le branchement en série entre la source et la charge pour les battéries en série Batterie shunt Une batterie de condensateurs shunt est une installation en dérivation du réseau. Elle est raccordée entre phases, ou entre phase et neutre, ou entre phase et terre. Les batteries peuvent être installées en simple étoile ou en double étoile (figure 21) quand elles sont raccordées entre phase et neutre ou terre. Elles sont installées en triangle (figure 22) quand elles sont entre phases. Les batteries shunts sont le plus souvent utilisées sur les réseaux. Dans le paragraphe 6.2, on détaille leur système d installation, de protection et d utilisation Batteries en série Les batteries en série sont peu utilisées sur les réseaux, surtout à moyenne et basse tensions. Par contre, sur les lignes de transport à grande distance, sous des tensions supérieures à 220 kv, leur utilisation (notamment au Canada, aux États-Unis, en Suède, etc.) est fréquente et leur puissance réactive est toujours importante. Figure 21 Batterie shunt en étoile : principe Figure 22 Batterie shunt en triangle : principe Figure 23 Batteries en série [23] D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

17 CONDENSATEURS DE PUISSANCE En cas de court-circuit sur la ligne THT, l intensité du courant traversant la batterie pourrait atteindre des valeurs très élevées ; il en serait de même de la tension aux bornes des unités. Des dispositifs (éclateurs, court-circuiteurs, etc.) limitent les surtensions à des valeurs acceptables (figure 23b ). Malgré cette protection, les condensateurs en série sont soumis à des contraintes très dures et doivent répondre à des prescriptions particulières prévues par les publications CEI et CEI Les différences les plus importantes par rapport aux condensateurs pour les batteries shunts sont les suivantes. Il convient de prévoir un fonctionnement en régime de surcharge, car la charge des condensateurs est liée à celle de la ligne ; cette surcharge peut être importante lorsque, par exemple, deux lignes fonctionnant en parallèle, il est demandé à l une d elles de supporter la totalité de la charge en cas de défaillance de l autre pendant une période limitée. Lors d un régime de court-circuit, il faut protéger la batterie lorsque l intensité du courant dépasse la valeur admissible. Un système de protection composé de varistances, d une inductance et d un éclateur (figure 23b ), placé aux bornes de la batterie, s amorce et les condensateurs se déchargent. 6.2 Systèmes d installation et de protection d une batterie shunt Présentation La disponibilité d une batterie de condensateurs dans une zone de fonctionnement normale dépend de la fiabilité des unités de condensateurs. Une attention particulière sur la fiabilité est apportée à chaque palier technique ou technologique. Des essais d endurance, simulant la majorité des contraintes supportées par les condensateurs durant leur vie sur le réseau, s introduisent dans les spécifications d entreprise ou les cahiers des charges aussi bien que dans les normes internationales et cela pour garantir une approche accrue de la fiabilité. Malgré ces précautions, des défaillances individuelles non systématiques ou de jeunesse ou dues au non-respect des règles de l art de fabrication persistent. Aussi, des défauts externes, largement dispersés selon des lois statistiques, ne peuvent être évités, même avec les meilleurs matériaux. L élimination des appareils ou de la partie d appareil, affectés par le défaut, permet le fonctionnement sans interruption des parties restantes. En conséquence, la disponibilité des condensateurs unitaires et des batteries augmente. Les perturbations dans la distribution d électricité sont réduites. Toute fourniture de condensateurs défectueuse pourrait avoir de lourdes conséquences, la puissance perdue étant parfois égale à la puissance unitaire. L introduction des protections au niveau de l unité (fusibles externes ou fusibles internes) ou au niveau de la batterie (détection de déséquilibre) augmente la fiabilité de l installation par conséquent sa disponibilité sur le réseau. La figure 24 présente les courbes de fiabilité, estimées, d une batterie de 2,4 Mvar équipée de différents types de condensateurs. Effectivement, à fiabilité de condensateurs égale, les batteries à fusibles internes avec une détection de déséquilibre adéquate retardent l indisponibilité des batteries pendant sa durée de vie en service (estimée entre 20 et 30 ans). Il faut noter que l introduction d un système informatisé spécifique à la détection de déséquilibre dans les batteries à fusibles internes, permet d avoir à tout moment l état réel de la batterie et d anticiper sa disponibilité dans les périodes de pointes ou de surcharges. Le principe du système informatisé est de recueillir les valeurs de l amplitude et de la phase du courant de déséquilibre, qui sont mesurées par le transformateur de courant ainsi que la température moyenne de la batterie, puis de les introduire dans un code de calcul qui permet de localiser l unité défaillante s il y a lieu. Figure 24 Courbes de fiabilité d une batterie de 2,4 Mvar, équipée de différents types de condensateurs Les défaillances sont mémorisées au fur et à mesure de leur présence, ce qui permet de connaître, à tout instant, l état des unités et de la batterie et même de signaler si la batterie se rapproche d un fonctionnement hors limite autorisée ou de donner l ordre de déconnecter la batterie du réseau. Signalons que l utilisation des fusibles externes, dans un premier temps, puis des fusibles internes, plus tard, n aurait pu se faire économiquement s il n y avait pas eu une augmentation du champ électrique et une amélioration dans la fiabilité des matériaux utilisés, en compensation du surcoût provoqué par la présence des fusibles. De même, le choix du système de détection de déséquilibre ( 6.2.4), qui est fortement conseillé pour chaque batterie installée, dépend de plusieurs facteurs : la structure et l état du réseau à compenser (présence d harmoniques, périodicité des surtensions ou des surintensités, etc.) ; la disponibilité exigée (périodes de pointes ou de surcharges ou en permanence) ; la fiabilité espérée des unités (par exemple, 1 % /an ou 0,1 %/an) ; la durée de vie fixée en fonction de la rentabilité (10 ans, 20 ans ou 30 ans) ; le budget affecté à l installation. Notre objectif est d analyser les concepts des différentes installations et protections existantes. On présente d abord les différents types de condensateurs en fonction de leur système de protection individuelle, puis, les différents types d installations de batteries shunts en fonction de leur système de protection Condensateur à fusibles externes Concept de fusible externe Le concept de fusible externe est apparu avec les premiers condensateurs unitaires de 20 kvar. Il a été conçu pour éliminer le condensateur unitaire avarié et pour permettre aux unités restantes de la batterie dans laquelle l unité est connectée de continuer à fonctionner (figure 25). Il évite également l amorçage externe des traversées du condensateur. Le fonctionnement d un fusible externe est déterminé par le courant de défaut à fréquence industrielle et par l énergie de décharge provenant des condensateurs connectés en parallèle avec le condensateur défectueux. Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

18 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Fusible externe à expulsion Il est utilisé dans des applications extérieures, à cause du bruit et des gaz dégagés pendant son fonctionnement. Il a une capacité limitée de coupure de défaut à fréquence industrielle et un pouvoir de coupure limité en fonction de l énergie de décharge (inférieure à 15 kj) des unités connectées en parallèle avec le condensateur court-circuité. Fusible externe à limitation de courant Il est utilisé pour des applications intérieures et extérieures. Il limite le courant de court-circuit à fréquence industrielle à une valeur inférieure à la valeur présumée et annule le courant avant son passage à zéro à la fréquence de fonctionnement. Généralement, il n impose pas de limite supérieure à l énergie émmagasinée en parallèle disponible pour court-circuiter le condensateur défectueux. Fusible externe combiné Ce fusible combine, comme son nom l indique, les effets d un fusible à expulsion et d un fusible à limitation de courant. Il est utilisé pour des applications extérieures en raison du bruit et des gaz dégagés pendant son fonctionnement. Mais il a les mêmes caractéristiques que le fusible externe à limitation de courant. Figure 25 Batterie avec fusibles externes [31] La défaillance initiale est celle d un élément individuel du condensateur ; elle se traduit par un court-circuit qui soustrait avec lui tous les éléments en parallèle et qui élimine un groupe en série du condensateur. Les autres groupes en série de l unité subiront une surtension permanente. Cela occasionne des claquages supplémentaires et une augmentation du courant dans le condensateur jusqu au moment où le fusible externe fonctionne en retirant le condensateur défectueux du circuit Caractéristiques du fusible externe Courant assigné La valeur du courant doit être compatible avec les critères utilisés pour choisir l interrupteur ou le disjoncteur de la même batterie. Il est habituel d utiliser un fusible externe avec un courant assigné de 1,65 fois le courant assigné du condensateur pour prendre en compte les régimes transitoires liés au réseau ou aux manœuvres de la batterie. Tension assignée Elle ne doit pas être inférieure à 1,1 fois la tension assignée du condensateur associé. Aptitude à la décharge Il convient que le fusible externe soit capable de supporter les transitoires et les courants d appel Types de fusible externe Actuellement, trois types de fusibles externes sont employés : le fusible externe à expulsion, le fusible externe à limitation de courant et le fusible externe combiné Avantages et inconvénients du fusible externe Avantages Le fusible externe est utilisé depuis plus de 25 ans ; par conséquent, sa fabrication a profité d un important retour d expérience. Il peut être facilement utilisé pour les faibles puissances unitaires (20 à 100 kvar). Une batterie de condensateurs à fusibles externes n a pas besoin d un nombre élevé de condensateurs élémentaires. La détection visuelle d un condensateur défectueux est très aisée surtout dans le cas d importantes batteries ou dans le cas de très petites batteries (3 à 4 unités) dispersées sur les poteaux d un réseau de grande distance. Il peut éliminer une unité sans interrompre le fonctionnement des autres unités saines dans le cas d importantes batteries (Q > 10 Mvar). Inconvénients Certains fusibles externes limitent l énergie emmagasinée en parallèle à 15 kj pour les condensateurs tout film et à 10 kj pour les condensateurs tout papier ou mixtes. De même, certains de ces fusibles ne fonctionnent pas pour le courant à fréquence industrielle dans le cas d un défaut. Il faut toujours choisir le fusible externe en fonction du raccordement de la batterie de condensateurs [en étoile, double étoile, en triangle, etc. (figures 21 et 22)]. Il faut que le choix des caractéristiques de ce fusible tienne compte des contraintes de rupture de la cuve pour les unités de la batterie (beaucoup de ruptures de cuve dues à de mauvais fonctionnements des fusibles ont été décelées ; EDF, a connu des cas identiques dans les années soixante). Souvent, à la suite de leur corrosion, des fusibles externes fonctionnent sans que les unités correspondantes soient défectueuses Condensateur à fusibles internes Concept de fusible interne Le concept d une protection par fusibles internes s est précisé avec l apparition des unités de 200 kvar qui peuvent emmagasiner en parallèle une quantité d énergie suffisante pour faire fondre les fusibles. Les fusibles internes sont à limitation de courant, sélectifs (éliminant l élément défectueux) ; ils sont placés à l intérieur d un condensateur, en série avec chaque élément. Ils sont conçus pour isoler les éléments défaillants dans un condensateur unitaire, et pour permettre le fonctionnement des éléments restants de cette unité et de la batterie dans laquelle elle est connectée. Le fonctionnement d un fusible interne est initialisé par le claquage d un élément de condensateur. L élément affecté est instantanément D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique

19 CONDENSATEURS DE PUISSANCE déconnecté par la fusion de son fusible, sans interrompre le fonctionnement de l unité. Le fusible interne doit satisfaire à deux exigences contradictoires : il doit isoler l élément défectueux, même si le claquage intervient à une tension inférieure à la valeur assignée ; il doit, de plus, supporter les surtensions susceptibles de se produire en exploitation, les courants d appel lors du claquage des autres éléments ou les courts-circuits externes au condensateur. Ainsi, un fusible interne ne peut fondre que pour une énergie absorbée supérieure à celle qui résulte de sollicitations ou de défauts extérieurs. La fusion du fusible est assurée normalement par l énergie électrostatique emmagasinée dans les éléments sains connectés en parallèle avec celui-ci. Pour garantir le fonctionnement du fusible, le nombre d éléments en parallèle doit être suffisant ; en conséquence, le condensateur à fusibles internes est caractérisé par une forte puissance (Q 200 kvar). Il faut signaler que les fusibles internes n assurent pas la protection contre un court-circuit entre les connexions internes ou contre un court-circuit entre les parties actives et la cuve (ces deux types de court-circuit peuvent provoquer la rupture de la cuve) Caractéristiques du fusible interne Courant assigné La valeur du courant assigné des fusibles internes est plus importante que celle du courant élémentaire maximal admissible. Aptitude à la tenue en tension après fonctionnement Une des exigences de l utilisation des fusibles internes est que, après la fusion du fusible, la distance de coupure réalisée doit être en mesure de tenir la pleine tension de l élément majorée de toutes les tensions permanentes superposées susceptibles d apparaître au cours du processus de coupure. En particulier, il ne doit pas se former de trajets de courants de fuite. Aptitude à un défaut évolutif La fusion du fusible interne est assurée par l énergie emmagasinée en parallèle, qui varie au fur et à mesure que le nombre d éléments déconnectés augmente ; par conséquent, à partir d un certain nombre d éléments, elle ne sera plus suffisante pour faire fondre le fusible du prochain élément qui claque. Dans l hypothèse où tous les claquages se produisent dans un même groupe défectueux et en supposant que la tension aux bornes de condensateur demeure constante, la figure 26 représente les variations de l énergie disponible sur ce groupe en fonction du nombre d éléments déconnectés, pour des unités ayant 2 à 6 groupes en série Avantages et inconvénients du fusible interne Avantages Le fusible interne répond mieux que d autres systèmes à l idée de la protection par la limitation de l étendue de la zone influencée par des défauts, puisqu il isole un élément. L élimination instantanée de l élément défectueux évite tout risque d évolution de la dégradation ; en conséquence, le risque de rupture de l enveloppe est minimisé. Son dimensionnement dépend de l architecture interne de l unité, mais il est indépendant du couplage des batteries. Le fusible interne évite la mise au rebut d appareils sièges d une ou de deux défaillances à caractère non systématique. Il augmente la disponibilité de l unité et de la batterie sur le réseau. Les opérations de maintenance sont réduites au minimum ; on constate même l absence totale de dépannage pendant la durée de vie de la batterie en cas d un faible taux de défaillance. Inconvénients À puissance égale, l unité à fusibles internes est plus volumineuse et plus lourde. Cela rend la manutention un peu plus difficile. Avec le système actuel de détection de défaillances, localiser une unité à fusibles internes défaillante est plus difficile, spécialement Figure 26 Variation de l énergie emmagasinée en fonction du nombre d éléments déconnectés dans des batteries de grande dimension (Q > 10 Mvar). L introduction d un système informatisé ( 6.2.1) de protection supprime ce dernier inconvénient Installations et protections Concept de détection de déséquilibre Le système de protection par détection de déséquilibre a pour fonction de protéger les batteries et leurs unités saines sans fusible. Mais ce système est conçu aussi pour donner une alarme ou retirer du service la batterie quand les surtensions affectant les condensateurs sains, adjacents à un condensateur défectueux, sont excessives ou quand un défaut dans la batterie n a pas été éliminé par un fusible interne ou un fusible externe. Il faut noter que la protection par détection de déséquilibre n est pas une substitution de la protection par fusibles. Il est même fortement conseillé de les installer ensemble Caractéristiques de la détection de déséquilibre Tension ou courant initial de déséquilibre Quel que soit le type de détection (courant ou tension) choisi, il faut que la valeur initiale de déséquilibre (du fait de la variation de capacité entre les condensateurs d une batterie) soit inférieure à la valeur obtenue après une défaillance autorisant la mise hors service de l unité ou de la batterie. Sensibilité La sensibilité de la détection de déséquilibre dépend fortement de la taille de la batterie. Pour les batteries de grande dimension, il est souhaitable d avoir un système de détection distinct par phase. Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique D

20 CONDENSATEURS DE PUISSANCE Réglage du relais Pour éviter des mauvais fonctionnements dus aux manœuvres ou autres phénomènes transitoires, il convient que le relais de déséquilibre ait une certaine temporisation. Il doit avoir une sensibilité moindre pour les fréquences autres que la fondamentale afin d éviter les manœuvres intempestives. Transformateur de tension ou de courant Selon le type de détection de déséquilibre choisi, on utilise un transformateur de courant ou de tension, dont les dimensions électriques doivent être adéquates avec la valeur initiale de déséquilibre, la sensibilité souhaitée et les relais choisis Types d installations et de protections Sans être exhaustif, les types de détection de déséquilibre les plus utilisés sont mentionnés ci-après. Batterie dont les condensateurs sont connectés en étoile avec neutre mis à la terre et avec un transformateur de courant TC entre le neutre et la terre. Un déséquilibre dans la batterie produit la circulation d un courant à travers le transformateur (figure 27). Ce type a une faible sensibilité limitée par la nécessité d insensibiliser la détection vis-à-vis du déséquilibre de phase du réseau et des harmoniques. Il convient aux batteries sans fusibles. Il est adapté pour le réseau EDF. Batterie dont les condensateurs (sans fusibles ou avec fusibles internes ou avec fusibles externes) sont connectés en étoile avec le neutre isolé et avec un transformateur de tension TT entre le neutre et la terre. Une différence de potentiel entre le neutre et la terre est mesurée en cas de déséquilibre (figure 28). Ce type a une mauvaise sensibilité limitée également par la nécessité d insensibiliser la détection vis-à-vis du déséquilibre de phase du réseau. Il est utilisé couramment avec les batteries à fusibles externes ou sans fusibles. Batterie dont les condensateurs sont connectés en double étoile avec neutre isolé et avec un transformateur de courant TC entre les neutres. Un déséquilibre dans la batterie produit l écoulement d un courant dans le neutre correspondant (figure 29). Ce type a une bonne sensibilité. Il est spécialement utilisé pour les batteries à fusibles internes ou sans fusibles. Il est adapté pour le réseau EDF. Batterie dont les condensateurs sont connectés en étoile avec neutre isolé et avec trois transformateurs de tension entre chaque phase et le neutre et qui sont connectés en triangle éclaté. Un déséquilibre dans la batterie modifie la tension résultante du triangle éclaté (figure 30). Ce type a une sensibilité moyenne mais il est toujours affecté par le déséquilibre de phase du réseau. Il est utilisé pour les batteries à fusibles externes. Batterie dont les condensateurs sont connectés en étoile à neutre isolé ou à la terre avec six transformateurs de tension. La modification de la tension en chaque point milieu de phase est mesurée par rapport à sa tension entre phase et neutre (figure 31). Ce type convient pour d importantes batteries de condensateurs (coût de l équipement élevé). Il n est pas affecté par le déséquilibre de phase du réseau. Figure 29 Montage en double étoile avec un transformateur de courant entre neutres isolés Figure 30 Montage en étoile avec neutre isolé et avec trois transformateurs de tension reliés en triangle ouvert Figure 27 Montage en étoile avec neutre mis à la terre à travers un transformateur de courant Figure 28 Montage en étoile avec neutre mis à la terre à travers un transformateur de tension Figure 31 Montage en étoile avec neutre à la terre et six transformateurs de tension reliés en mode différentiel D Techniques de l Ingénieur, traité Génie électrique