Solutions de compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques

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1 Moyenne Tension Catalogue 2013 Solutions de compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Gestion de l'énergie

2 Comment améliorer réseau électrique et efficacité énergétique? La qualité de l énergie par la compensation d énergie réactive et le filtrage d harmoniques La plupart des distributeurs d énergie ont leur propre politique de facturation de l énergie réactive. Des pénalités financières s appliquent lorsque le rapport entre puissance active et puissance apparente sort de certaines limites. Les solutions de compensation d énergie réactive permettent de réguler la puissance réactive fournie. Elles évitent les pénalités et diminuent la puissance apparente de l installation en kva. La facture énergétique est réduite de 5 à 10 %. Les harmoniques exercent des contraintes sur le réseau électrique et peuvent potentiellement endommager les équipements. Les solutions de filtrage augmentent significativement leur durée de vie : > jusqu à 32 % pour les machines monophasées > jusqu à 18 % pour les machines triphasées > et jusqu à 5 % pour les transformateurs.

3 DE90070 Solutions Avant Compensation d énergie réactive Toute machine électrique a besoin de puissance active et de puissance réactive pour fonctionner. Le facteur de puissance permet de mesurer le niveau d énergie réactive demandé. Si il est inférieur à une limite fixée par le distributeur d énergie, l installation d un équipement de compensation permet d éviter le paiement de pénalités. Cette solution, en améliorant le facteur de puissance, réduit également la demande en kva. Filtrage d harmoniques Les équipements comme les variateurs de vitesse, convertisseurs, onduleurs, fours à arc, transformateurs (à la mise sous tension) et lampes à décharge génèrent des courants harmoniques et une distorsion en tension. Après Il en résulte une diminution de 5 à 10 % de la facture d électricité, un meilleur fonctionnement des équipements ainsi qu une augmentation de leur durée de vie. En outre, la compensation d énergie réactive optimise le niveau de charge du réseau électrique et améliore sa fiabilité. Ces harmoniques exercent des contraintes sur le réseau, nécessitent un surdimensionnement des câbles et des transformateurs, provoquent des interruptions d alimentation et perturbent les ordinateurs, les téléphones et autres machines tournantes tout en réduisant fortement leur durée de vie. 1 mois de retour sur investissement. Batterie de condensateurs de 5 Mvar. Economies attendues sur un an : 12 M pour 1 M investis. Portucel Paper Mill au Portugal 9 % c est la réduction de notre consommation d énergie après l installation de 10 batteries de condensateurs. Une facture d électricité optimisée de 8 %. Une rentabilisation en 2 ans. Michelin - France 9 M d économies, un investissement gagnant en 2 mois! Réseau Ferré de France (RFF) 1 an 70 batteries de condensateurs installées, une baisse de 10 % de la consommation, une optimisation de la facture d électricité de 18 %, une rentabilisation en 1 an. Aéroport de Madrid Barajas Espagne 5 % c est la réduction de la consommation effective après la mise en place de batteries de condensateurs BT et de filtres actifs. Systèmes de transport POMA OTIS Suisse 1

4 La compensation de l énergie réactive Diminuez votre facture d électricité, en diminuant votre consommation d énergie réactive. Optimisez la taille de votre installation électrique, en augmentant la puissance disponible et en réduisant l encombrement de vos équipements (transformateurs, câbles, ). Améliorez la qualité de l énergie et la longévité de vos équipements. Contribuez à la préservation de l environnement en réduisant les pertes dans les réseaux de transport et de distribution. PE

5 Le filtrage d harmoniques Augmentez la continuité de service en éliminant les risques d arrêts liés à des déclenchements intempestifs. Eliminez les dysfonctionnements de vos équipements électriques, en diminuant les échauffements, en augmentant leur durée de vie jusqu à 30 %. Bénéficiez des garanties apportées par la normalisation, en anticipant les exigences des réglementations en cours d élaboration, en déployant des solutions respectueuses de l environnement. PE

6 La compensation de l énergie réactive et le filtrage des harmoniques en MT Energie - Production Fermes éoliennes Batteries de condensateurs MT Compensation dynamique MT Circuit bouchons Energie - Transport Poste électrique THT/HT Batteries condensateurs HT Filtres passifs HT Industries Postes électriques MT/MT Batteries de condensateurs MT Filtres passifs MT Compensation dynamique MT Parasurtenseurs 4

7 Energie - Production Fermes solaires Compensation dynamique MT Circuits Bouchons Energie - Distribution Poste électrique MT/MT Batteries de condensateurs MT Filtres passifs MT Infrastructures Poste électrique MT/BT Batteries de condensateurs MT 5

8 La compensation de l énergie réactive et le filtrage des harmoniques en MT PE90080 PE90081 PE90076 PE90078 PE90077 PE90075 PE90079 Pour définir les solutions à mettre en œuvre, il faut : avoir identifié et quantifié les problèmes à résoudre (en général, par audit sur site), avoir analysé la criticité de l installation et validé les objectifs à atteindre. Le tableau ci-dessous présente les solutions typiques proposées pour des installations dans différents secteurs d activité. Activité Energie Batteries fixes Batteries automatiques Compensation dynamique Transport Distribution Filtres passifs Parasurtenseurs Eoliennes Solaire Infrastructures Eau Tunnels Aéroports Industrie Papeterie Chimie Plastique Verre-céramique Sidérurgie Métallurgie Automobile Cimenterie Mines-carrières Raffinerie Circuits bouchons 6

9 Qualité & Environnement Une qualité certifiée : ISO 9001, ISO 9002 et IS Un atout majeur Dans chacune de ses unités, Schneider Electric intègre une organisation fonctionnelle dont la principale mission est de vérifier la qualité et de veiller au respect des normes. Cette procédure est : homogène entre tous les services, reconnue par de nombreux clients et organismes mandatés. Mais c est surtout son application stricte qui a permis d obtenir la reconnaissance d un organisme indépendant : l Association Française pour l Assurance Qualité (AFAQ). Le système de qualité, pour la conception et la fabrication est certifié conforme aux exigences du modèle d assurance qualité ISO Des contrôles sévères et systématiques Lors de sa fabrication, chaque équipement subit des essais de routine systématiques, dont le but est de vérifier la qualité et la conformité : mesure des capacités et des tolérances de fonctionnement, mesure des pertes, contrôle diélectrique, contrôle des systèmes de sécurité et de verrouillages, contrôle des constituants basse tension, vérification de conformité aux plans et schémas. Les résultats obtenus sont consignés et paraphés par le département contrôle qualité sur le certificat d essais propre à chaque appareil. ISO ISO 9002 ISO Jusqu à 10 % d économies sur votre facture énergétique Schneider Electric s engage... à réduire la facture énergétique et les émissions de CO 2 de ses clients en proposant des produits, des solutions et des services qui s intègrent à tous les niveaux de la chaîne de valeur énergétique. L'offre compensation et filtrage d'harmoniques s inscrit dans la démarche d efficacité énergétique. DE % 31 % Jarylec* Acier inox Zinc PE % Résine Epoxy Laiton Papier, bois, carton Cuivre étamé 2 % 7 % 19 % 5 % 1 % 1 % Décomposition matière d un condensateur MT Polypropylène (film) Aluminium (film) * Jarylec : liquide diélectrique sans PCB, ni chlore, compatible avec l environnement 7

10 Une nouvelle solution pour réaliser vos installations électriques Une offre complète L offre compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques fait partie d une offre complète de produits parfaitement coordonnés pour répondre à l ensemble des besoins de distribution électrique moyenne et basse tension. Tous ces produits ont été conçus pour fonctionner ensemble : cohérence électrique, mécanique et communication. Ainsi, l installation électrique est à la fois optimisée et plus performante : meilleure continuité de service, réduction des pertes, garantie d évolutivité, surveillance et pilotage efficaces. Vous disposez ainsi de tous les atouts en terme de savoir-faire et créativité pour des installations optimisées, sûres, évolutives et conformes. Des outils pour faciliter la conception et la mise en œuvre Avec Schneider Electric, vous disposez d une panoplie complète d outils qui vous accompagnent dans la connaissance et la mise en œuvre des produits et tout cela, dans le respect des normes en vigueur et des règles de l art. Ces outils, cahiers et guides techniques, logiciels d aide à la conception, stages de formation... sont régulièrement actualisés. PE90088 Schneider Electric s associe à votre savoir-faire et à votre créativité pour des installations optimisées, sûres, évolutives et conformes. Parce que chaque installation électrique est un cas particulier, la solution universelle n existe pas. La variété des combinaisons qui vous est offerte vous permet une véritable personnalisation des solutions techniques. Vous pouvez exprimer votre créativité et valoriser votre savoir-faire dans la conception, la réalisation et l exploitation d une installation électrique. 8

11 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Sommaire général Batteries de condensateurs MT 11 Protections 39 Composants 47 Equipements spécifiques 61 Installation (plans, dimensions) 67 Services 71 Guide de sélection 75 Guide technique 81 9

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13 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Batteries de condensateurs MT Sommaire Pourquoi compenser l énergie réactive? 12 Choix du type de compensation 13 Choix de la localisation de la compensation 14 Choix du type de protection 15 Choix du mode de couplage 16 Panorama d offre 18 Fonctions & caractéristiques générales 20 Batteries pour compensation moteur 22 Batterie fixe CP Batterie fixe CP 214 SAH 24 Batteries pour compensation industrielle 26 Batterie automatique CP Batterie automatique CP 253 SAH 28 Batteries pour compensation globale 30 Batterie fixe CP Batteries pour réseaux de distribution et grands sites 32 Batterie automatique CP Batteries pour réseaux de distribution 34 Batterie fixe CP Batteries pour réseaux de transport et distribution 36 Batterie fixe CP

14 Batteries de condensateurs MT Pourquoi compenser l énergie réactive? Tout système électrique (câble, ligne, transformateur, moteur, éclairage, ) met en jeu 2 formes d énergie : L énergie active consommée (kwh). Elle se transforme intégralement en puissance mécanique, thermique ou lumineuse. Elle correspond à la puissance active P (kw) des récepteurs. C est l énergie utile. L énergie réactive consommée (kvarh). Elle sert à la magnétisation des moteurs et des transformateurs. Elle correspond à la puissance réactive Q (kvar) des récepteurs. Elle se traduit par le déphasage (ϕ) entre la tension et le courant. C est une énergie nécessaire mais ne produisant pas de travail. L énergie réactive demandée par les charges est fournie par le réseau électrique. Cette énergie doit être fournie en plus de l énergie active. Cette circulation de l énergie réactive sur les réseaux électriques entraîne du fait d un courant appelé plus important : des chutes de tension supplémentaires, la surcharge des transformateurs, des échauffements dans les liaisons et donc des pertes. DE90071 Générateur Energie active Energie réactive Réseau de Transport et Distribution Energie active Energie réactive Moteur Pour ces raisons, il est nécessaire de produire l énergie réactive au plus près possible des charges, pour éviter qu elle ne soit appelée sur le réseau et augmenter ainsi le rendement de l'installation! C est ce que l on appelle la compensation de l énergie réactive. Le moyen le plus simple et le plus répandu pour générer de l énergie réactive est l installation de condensateurs sur le réseau. DE90071 Générateur Energie active Réseau de Transport et Distribution Energie active Energie réactive Moteur Condensateurs Compenser l énergie réactive permet d'augmenter la capacité de l installation (transformateurs, câbles) par la diminution des puissances transitées, de réduire les pertes Joule, de réduire les chutes de tension, d'augmenter la durée de vie de l installation par la réduction des échauffements, de diminuer la facture d électricité. 12

15 Batteries de condensateurs MT Choix du type de compensation Une batterie de condensateurs est constituée généralement de plusieurs condensateurs unitaires monophasés ou triphasés assemblés et interconnectés pour réaliser des ensembles de puissance importante. Les batteries de condensateurs sont en dérivation sur le réseau. Elles peuvent être de type fixe ou automatique. Batterie fixe L ensemble de la batterie est mis en service, avec une valeur fixée de kvar. C est un fonctionnement de type tout ou rien. Ce type de compensation est utilisé: lorsque leur puissance réactive est faible (15 % de la puissance du transformateur en amont) et la charge relativement stable, sur les réseaux de transport HT, THT pour des puissances pouvant atteindre 100 Mvar. Batterie automatique La batterie est fractionnée en gradins avec possibilité de mettre en service ou hors service plus ou moins de gradins, de façon automatique. C est un ajustement permanent à la demande de puissance réactive, liée à la fluctuation des charges. Ce type de batterie est très utilisé par certaines grosses industries (forte puissance installée) et les distributeurs d énergie dans les postes sources. Il permet une régulation pas à pas de l énergie réactive. Chaque gradin est manoeuvré avec un interrupteur ou contacteur. L enclenchement ou le déclenchement des gradins de condensateurs peut être piloté par des régulateurs varmétriques. A cette fin, les informations courant et tension réseau doivent être disponibles en amont des batteries et des récepteurs. Le choix du type de batterie est fonction des harmoniques La présence des récepteurs non linéaires (variateurs de vitesse, onduleurs,...) crée des courants et des tensions harmoniques. L équipement de compensation se choisit en fonction de l importance de la valeur de ces harmoniques : soit l installation n a pas d harmoniques significatives et il n y a pas de risque de résonance. Dans ce cas on choisit une batterie adaptée aux réseaux avec un niveau d harmoniques faible (type standard). soit l installation a un niveau significatif d harmoniques et/ou il y a un risque de résonance. On choisit alors une batterie équipée d une Self Anti Harmonique (SAH), adaptée aux réseaux avec un niveau d harmoniques élevé. 13

16 Batteries de condensateurs MT Choix de la localisation de la compensation DE90072 Compensation individuelle Individuelle La compensation individuelle est surtout conseillée lorsqu un récepteur de puissance supérieure à 300 kw est présent, et s il demeure sous tension pendant la majeure partie des heures de travail. C est surtout le cas des moteurs entraînant des machines de grande inertie: centrifugeuses, compresseurs ou ventilateurs. La manœuvre de l interrupteur propre au récepteur provoque alors automatiquement l enclenchement ou le déclenchement du condensateur. La production d énergie réactive se fait directement à l endroit où elle est consommée. Pour toute la longueur du câble d alimentation il en résulte une diminution de la charge en courant réactif. La compensation individuelle contribue donc de la manière la plus importante à la diminution des puissances apparentes, des pertes et des chutes de tension dans les conducteurs. DE90072 DE90072 Compensation partielle / par secteur Compensation globale Partielle / par secteur Dans le cas de la compensation par secteur (ou atelier) plusieurs récepteurs sont reliés à une batterie de condensateurs commune qui est manoeuvrée par son propre appareillage. Dans les grandes installations, la batterie compense l ensemble des consommateurs d énergie réactive d un atelier ou d un secteur. Cette forme de compensation est conseillée pour des installations où un certain nombre de récepteurs sont simultanément mis en service et d une façon quasi reproductible dans le temps. La compensation partielle présente l avantage d occasionner des frais d investissement moins élevés que la compensation individuelle. En effet, le calcul de la puissance de la batterie de condensateurs installée à demeure tient compte du foisonnement de la charge du secteur. Toutefois, les courbes de charges doivent être au préalable bien connues pour dimensionner correctement les batteries de condensateurs et éviter les risques de surcompensation (puissance réactive fournie supérieure à celle appelée). La surcompensation conduit généralement à produire localement des surtensions permanentes qui font vieillir prématurément le matériel électrique. Globale Dans le cas de la compensation globale, la production d énergie réactive est groupée en un seul endroit, le plus souvent dans le poste de transformation. Toutefois, il n est pas nécessaire que l installation des condensateurs soit faite juste au niveau du comptage. Au contraire, il est recommandé d installer les condensateurs à un endroit approprié qui tienne compte de contraintes diverses telles que l encombrement. Les condensateurs ont un bon facteur d utilisation; la disposition est claire ; la surveillance de l installation et de ses différentes parties est plus aisée que dans le cas de la compensation par secteur. Enfin, si l on adopte un réglage automatique par gradins, on aura dans ce cas un bon suivi de la courbe de charge de l usine qui évite les interventions du personnel (enclenchement/déclenchement manuels). Cette solution est économiquement intéressante si les variations de charges ne sont pas imputables à des récepteurs particuliers. 14

17 Batteries de condensateurs MT Choix du type de protection Fusibles internes Chaque capacité élémentaire du condensateur est protégée par un fusible. Tout défaut de cet élément entraînera la fusion du fusible. L élément défectueux sera ainsi éliminé. Il s en suivra une faible variation de la capacité et la tension se répartira sur les éléments sains en série. La protection par fusibles internes augmente la disponibilité des batteries de condensateurs, car la perte d un élèment ne conduit plus sytématiquement au déclenchement de la batterie (voir détail sur descriptif Propivar NG). Protection de déséquilibre La batterie est divisée en 2 étoiles (cf. schéma page 16). Lorsqu il y a un déséquilibre de capacité (variation de capacité d un condensateur), il apparaît un courant circulant entre les 2 neutres. Ce courant est détecté par un transformateur de courant et un relais de déséquilibre. Ce montage différentiel est une protection sensible, indépendante des perturbations réseau, bien adaptée quelle que soit la puissance des batteries. PE

18 Batteries de condensateurs MT Choix du mode de couplage Pour constituer des batteries de puissance importante, il existe plusieurs possibilités de câblage ou connexion par association de condensateurs unitaires, soit : couplage en triangle : condensateurs triphasés (sans fusible interne) couplés en parallèle, couplage en double étoile de condensateurs monophasés (avec ou sans fusible interne), couplage en H. Le choix du mode de couplage dépend : des caractéristiques, tension de réseau et puissance de la batterie, du type de compensation, fixe ou automatique (en gradin), du type de protection : - condensateur avec ou sans fusible interne, - différentielle (de déséquilibre) ou avec fusibles MT, des impératifs économiques. DE90073 DE90073 DE90099 Exemple de couplage double étoile Exemple de couplage triangle Exemple de couplage en H (par phase) 16

19 Configuration recommandée Q (kvar) / U réseau (kv) 3,3 4,16 5,5 6, ,2 13, Couplage triangle 1 ou 2 condensateurs triphasés Couplage YY 6 condensateurs monophasés Couplage YY 12 condensateurs monophasés (série) Couplage YY 9 ou 12 condensateurs PE90090 PE

20 Batteries de condensateurs MT Panorama d'offre Application Industrie Applications Compensation moteurs Compensation industrielle Batterie fixe Batterie automatique Références CP214 CP214SAH* CP253 Schémas Tension maximale Jusqu à 12 kv Jusqu à 12 kv Mode de couplage Condensateurs triphasés avec couplage triangle Condensateurs triphasés jusqu à 900 kvar, au-delà condensateurs monophasés avec connection double étoile Type de protection Fusibles HPC (**) Fusibles HPC Puissance maximale**** 2 x 450 soit 900 kvar Jusqu à 4500 kvar Commentaires * SAH : Self Anti Harmonique ** HPC : Haut Pouvoir de Coupure *** TC : Transformateur de Courant **** Puissance supérieure, nous consulter PE90107 PB101996_SE PB102003_SE PB102001_SE DE90082 DE90082 DE90082 CP 214 CP 227SAH CP 253 CP

21 Toutes applications Application Energie Compensation industrielle Compensation globale Réseaux de distribution Réseaux de distribution Réseaux de Transport Batterie automatique Batterie fixe et grands sites Batterie fixe et Distribution Batterie automatique Batterie fixe CP253SAH* CP227 CP254 CP229 CP230 Jusqu à 12 kv Jusqu à 36 kv De 12 à 36 kv Jusqu à 36 kv A partir de 36 kv Condensateurs triphasés Condensateurs monophasés avec connection en double étoile Condensateurs jusqu à 900 kvar, monophasés au-delà condensateurs avec connection monophasés avec en double étoile ou H connection double étoile Fusibles HPC Déséquilibre par TC*** Déséquilibre par TC*** et relais et relais Jusqu à 4000 kvar 12 x 600 soit 7200 kvar 12 x 600 soit 7200 kvar Nous consulter Nous consulter SAH* sur demande SAH* sur demande SAH* sur demande SAH* sur demande PE90108 PE90084 DE90082 DE90082 DE90082 DE90082 DE90082 CP 229 CP

22 Batteries de condensateurs MT Fonctions & caractéristiques générales CP 214 CP 253 CP 227 CP 254 CP 229 CP 230 Tension réseau 7,2 kv b b b b b 12 kv b b b b b 24 kv b b b 36 kv b b b b 52 kv b Compensation et Filtrage Puissance batteries* kvar Gradins quantité 1 5* 1 5* 1 1 type fixe auto fixe auto fixe fixe Connection condensateurs triangle b b double étoile v b b b b H v v Self anti-harmonique v v v v v v Protection condensateurs Selfs de choc (N/A avec SAH) b b b b b b Fusible de protection b b Témoin fusion fusible v v Protection de déséquilibre v b b b b Self de décharge rapide (< 24 kv) v v v v v Interrupteur SF6 v v Interrupteur vide v v Mesure Transformateur de courant v v Transformateur de tension v v Protection des Personnes Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT) 3 pôles v v 5 pôles v Sectionneur de ligne v v avec SMALT v v Interverrouillage v v Détecteur d arc v v v Contrôle et régulation Boîtier monté sur porte v v de contrôle commande séparé b b Régulateur automatique standard b b communication v v Commutateur auto/local v v Protection mécanique IP IP00 b b IP23 b b b b IP54 v v v v Double toit v v v v Connection Entrée des câbles bas b b b b b b haut v v v v v v Accès avec porte v v v v * Offre standard ; pour d autres valeurs, nous consulter b : standard v : option 20

23 Conditions de service Température de l air ambiant 40 C. 30 C en moyenne sur 24 h. -25 C. Altitude 1000 m. Ambiance Air industriel propre (pas de poussière, de fumée, de gaz et de vapeurs corrosives ou inflammables, ni de sel). Humidité Valeur moyenne de l humidité relative, sur 24 h < 95 %. Conditions spécifiques de service (nous consulter) Schneider Electric developpe des solutions pour répondre aux conditions spécifiques suivantes: Température de -40 C à +50 C (déclassement, ventilation). Atmosphères corrosives, vibrations (adaptations éventuelles). Altitude > 1000 m (déclassement). Conditions de stockage Pour préserver toutes les qualités de l unité fonctionnelle en cas de stockage prolongé, nous recommandons de conserver le matériel dans son emballage d origine, dans un endroit sec, à l abri de la pluie et du soleil et à une température comprise entre -25 C et +55 C. Normes Les équipements proposés dans ce catalogue sont conçus, réalisés et testés conformément aux exigences des normes et recommandations suivantes : Condensateurs Haute Tension : CEI &2, BS 1650, VDE 0560, C22-2 N 190-M1985, NEMA CP1. Disjoncteurs Haute Tension : CEI 56. Transformateurs de courant : CEI Sectionneur de mise à la terre : CEI 129C. Relais, Régulateur varmétrique : CEI Selfs de décharge rapide, Inductances d amortissement : CEI Isolateurs : CEI Contacteurs Haute Tension : CEI 420 / CEI 470. Fusibles Haute Tension : CEI / CEI 787. Caractéristiques électriques communes Tolérance sur puissance assignée batterie : 0/+10 % (0/+5 % pour puissance > 3 Mvar). Variation relative de capacité en fonction de la température : -3, / C Coordination de l isolement Tension la plus élevée Tenue à fréquence Tenue à l onde de choc pour le matériel U m (kv) industrielle (kv rms, 50 Hz - 1 mn) (kv crête, 1,2 / 50 μs) 7, ,

24 Batteries de condensateurs MT Batteries pour compensation moteur Isolement jusqu à 12 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie fixe CP 214 Application Les batteries CP 214 sont utilisées pour la compensation d énergie réactive dans les réseaux moyenne tension. Cette solution est particulièrement adaptée à la compensation individuelle des moteurs. Elles sont conçues pour une utilisation dans les réseaux électriques jusqu à 12 kv. DE : châssis 2 : isolateur 3 : selfs de décharge rapide 4 : fusible 5 : self de choc 6 : condensateurs Les batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés). Les fusibles HPC assurent la protection contre les défauts internes. Les batteries de compensation CP 214 proposées peuvent être installées en extérieur ou en intérieur, montées dans des armoires en aluminium ou en acier. Références Description Encombrement réduit Spécifiquement conçue pour la compensation moteurs 1 Châssis / Frame 2 Isolateur / Insulator 3 TP de décharge rapide / Discharge Coil 4 Fusible / Fuse HRC 5 Self de choc / Damping Reactor 6 Condensateurs / Capacitor Units 22

25 DB Puissance (kvar) Caractéristiques électriques CP Hz Tension réseau (kv) CP Hz Constitution Chaque batterie CP214 comporte les éléments suivants : Un châssis en aluminium et panneaux d acier peints (RAL 9002), IP23 pour installation en intérieur. Des condensateurs Propivar NG (1 ou 2 éléments en fonction de la puissance de la batterie). Trois inductances de limitation des courants d enclenchement. Trois fusibles HPC (avec percuteur). Options Enveloppe de type extérieur (panneaux en aluminium non peint). Double toit pour type extrérieur. Jeu de 2 selfs de décharge rapide. Porte avec serrure. Témoin fusion fusible. Vue générale, dimensions et schéma MT20135 DE90100 DB Puissance (kvar) Tension réseau (kv) H L D H: 1700 mm, L: 900 mm, D: 1200 mm. Masse approximative : 425 à 560 kg. 23

26 Batteries de condensateurs MT Batteries pour compensation moteur Isolement jusqu à 12 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie fixe CP 214 SAH Application Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 214 SAH sont conçues pour une utilisation dans les réseaux électriques jusqu à 12 kv. Les batteries CP 214 SAH sont utilisées pour la compensation d énergie réactive dans les réseaux moyenne tension comportant des harmoniques. Cette gamme est particulièrement adaptée à la compensation individuelle des moteurs MT. DE : châssis 2 : isolateur 3 : Self de décharge rapide 4 : fusible 5 : self anti-harmoniques 6 : condensateurs Les batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés). Les fusibles HPC assurent la protection contre les défauts internes. Les batteries de compensation CP 214SAH proposées peuvent être installées en Références extérieur ou en intérieur, montées Descriptiondans des armoires en aluminium ou en acier. 1 Châssis / Frame Encombrement réduit Spécifiquement conçue pour la compensation moteurs Adaptée aux réseaux avec niveau d harmoniques élevés 2 Isolateur / Insulator 3 TP de décharge rapide / Discharge Coil 4 Fusible / Fuse HRC 5 Self anti-harmoniques / Detuned Reactor 6 Condensateurs / Capacitor Units 24

27 DE90062 DB DB Puissance (kvar) Puissance (kvar) Caractéristiques électriques Tension réseau (kv) Tension réseau (kv) Constitution Chaque batterie CP214SAH comporte les éléments suivants : Un chassis en aluminium et panneaux d acier peints (RAL 9002), IP23 pour installation en intérieur. Des condensateurs Propivar NG (1 ou 2 éléments en fonction de la puissance de la batterie). Trois fusibles HPC (avec percuteur). Une inductance anti-harmoniques triphasée (type sec à noyau magnétrique et refroidissement naturel dans l air). Options Enveloppe de type extérieur (panneaux en aluminium non peint). Témoin fusion fusible. Lots de deux selfs de décharge rapide : 7,2-12 kv. Porte avec serrure. Double toit pour type extérieur. Vue générale, dimensions et schéma 80 H DE90100b L D H : 1900 mm, L : 2000 mm, D : 1100 mm. Masse approximative : 425 à 730 kg. 25

28 Batteries de condensateurs MT Batteries pour compensation industrielle Isolement jusqu à 12 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie automatique CP 253 Application Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 253 sont conçues pour une utilisation dans les réseaux électriques jusqu à 12 kv. Elles sont utilisées en compensation globale d installation, lorsque le niveau de charge est fluctuant. Le modèle CP gradin est principalement destiné à la compensation individuelle de moteurs MT où l on souhaite éviter le risque d auto-excitation. DE : châssis 2 : isolateur 3 : selfs de décharge rapide 4 : fusible 5 : contacteurs 6 : condensateurs 7 : self de choc Ces batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés) et les fusibles HPC assurent la protection contre les défauts internes. En option, un coffret comprenant un régulateur varmétrique, permet de piloter les gradins et constituer ainsi une batterie de compensation automatique. Références Description Pour des puissances supérieures (par gradins) à 900 kvar, on utilisera des condensateurs monophasés 1 Châssis / Frame connectés en double étoile (12 condensateurs maximum, puissance maximale 4500 kvar). 2 Isolateur / Insulator Compensation globale d'installation Niveau de charge fluctuant Facilité d accès aux composants Maintenance simplifiée Installation simple 3 TP de décharge rapide / Discharge Coil 4 Fusible / Fuse HRC 5 Contacteurs / Contactor 6 Condensateurs / Capacitor Units 7 Self de choc / Damping Reactor 26

29 Caractéristiques électriques Tension Gradins kvar - 50 Hz kvar - 60 Hz réseau (kv) Min. Max. Min. Max. 3, , , , Constitution Chaque batterie CP253 comporte les éléments suivants : Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé non peinte, IP23 pour installation en intérieur. Des condensateurs triphasés Propivar NG (1 à 2 éléments par gradin). Un contacteur ROLLARC au SF6 par gradin. Trois inductances de limitation des courants d enclenchement par gradin. Trois fusibles HPC (avec percuteur) par gradin. Options Enveloppe type extérieur. Double toit pour type extérieur. Porte avec serrure. Coffret contrôle et commande pour "n" gradins. Commutateur auto/manuel de gradins. Lots de deux selfs de décharge rapide : 7,2-12 kv. Témoin fusion fusible. Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT). Vue générale, dimensions et schéma 80 DE90074 H DE90102 L D H L D 1 grad grad grad grad grad

30 Batteries de condensateurs MT Batteries pour compensation industrielle Isolement jusqu à 12 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie automatique CP 253 SAH Application Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 253 SAH sont conçues pour une utilisation dans les réseaux électriques jusqu à 12 kv. Les batteries CP 253 SAH sont utilisées pour la compensation automatique de l énergie réactive dans les réseaux moyenne tension avec un niveau d harmoniques élevé. Cette solution est particulièrement adaptée à la compensation globale d installation où le niveau de charge est fluctuant. DE : châssis 2 : isolateur 3 : fusible 4 : contacteurs 5 : condensateurs 6 : self anti-harmoniques Ces batteries sont connectées en triangle (condensateurs triphasés) et les fusibles HPC assurent la protection contre les défauts internes. Références En option, un coffret Descriptioncomprenant un régulateur varmétrique, permet de piloter les gradins et constituer 1 ainsi une batterie Châssis / Frame de compensation automatique. Pour des puissances supérieures (par gradins) à 900 kvar, on utilisera des condensateurs monophasés 2 Isolateur / Insulator connectés en double étoile (12 condensateurs maximum, puissance maximale 4000 kvar). 3 Fusible / Fuse HRC 4 Contacteurs / Contactor Compensation globale d'installation 5 Condensateurs / Capacitor Units Niveau de charge fluctuant 6 Self anti-harmoniques / Detuned Reactor Facilité d accès aux composants Maintenance simplifiée Installation simple Adaptée aux réseaux avec un niveau d harmoniques élevé 28

31 Caractéristiques électriques Tension Gradins kvar - 50 Hz kvar - 60 Hz réseau (kv) Min. Max. Min. Max. 3, , , , Composition Chaque batterie CP253SAH comporte les éléments suivants : Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé non peinte, IP23 pour installation en intérieur. Des condensateurs triphasés Propivar NG (1 à 2 éléments par gradin). Un contacteur ROLLARC au SF6 par gradin. Une inductance anti-harmoniques (type sec à refroidissement dans l air) par gradin. Trois fusibles HPC (avec percuteur) par gradin. Options Enveloppe type extérieur. Double toit pour type extérieur. Porte avec serrure. Coffret contrôle et commande pour "n" gradins. Commutateur auto/manuel de gradins. Lots de deux selfs de décharge rapide : 7,2-12 kv. Témoin fusion fusible. Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT). Vue générale, dimensions et schéma DE H DE90102b L D H L D 1 grad grad grad grad grad

32 Batteries de condensateurs MT Batteries pour compensation globale Isolement jusqu à 36 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie fixe CP 227 Application Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 227 sont conçues pour une utilisation dans les réseaux électriques jusqu à 36 kv. Cette gamme est essentiellement utilisée en compensation globale d installation. DE : châssis 2 : selfs de décharge rapide 3 : TC de déséquilibre 4 : self de choc 5 : condensateurs Références Description Ces batteries sont connectées 1 en double étoile Châssis et le dispositif / Frame de détection du courant de déséquilibre assure la 2protection contre TP de les décharge défauts rapide internes. / Discharge Les Coil batteries de compensation CP 227 proposées peuvent être installées en extérieur ou en intérieur, montées dans 3 TC de déséquilibre / Unbalance CT des armoires en aluminium ou en acier. 4 Self de choc / Damping Reactor NB : Les batteries fixes CP227SAH sont étudiées et proposées sur demande. 5 Condensateurs / Capacitor Units Compensation globale d'installation Facilité d accès aux composants Maintenance simplifiée Installation simple 30

33 Caractéristiques électriques 80 DE90064 Puissance (kvar) Puissance (kvar) DB Tension réseau (kv) Tension réseau (kv) Constitution Chaque batterie CP227 comporte les éléments suivants : Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé non peinte, IP23 pour installation en intérieur. Des condensateurs monophasés Propivar NG (6 à 12 éléments en fonction de la puissance de la batterie). Trois inductances de limitation des courants d enclenchement. Un transformateur de courant pour la protection de déséquilibre. Options Enveloppe de type extérieur (panneaux en aluminium non peint). Double toit pour type extérieur. Porte avec serrure. Lots de 2 selfs de décharge rapide. Relais de protection de déséquilibre (livré en séparé) Sectionneur de Mise A La Terre (SMALT) Vue générale, dimensions et schéma Isolement jusqu à 24 kv : H : 2000 mm, L : 1400 mm, D : 1400 mm. Isolement 36 kv : H : 2000 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm. masse approximative : 450 à 1550 kg. DE90101 H L D 31

34 Batteries de condensateurs MT Batteries pour réseaux de distribution et grands sites Isolement jusqu à 36 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie automatique CP 254 Application Les batteries de condensateurs moyenne tension CP 254 sont conçues pour une utilisation dans les réseaux électriques jusqu à 36 kv. Elles sont utilisées en compensation globale d installation, lorsque le niveau de charge est fluctuant. DE : châssis 2 : isolateur SMALT 3 : selfs de décharge rapide 4 : self de choc 5 : TC de déséquilibre 6 : condensateurs 7 : interrupteur SF6 Ces batteries sont connectées en double étoile et le dispositif de détection du courant de déséquilibre assure la protection contre les défauts internes. Plusieurs batteries (appelées alors gradins ) peuvent être pilotées par un régulateur varmétrique pour constituer une batterie de condensateurs automatique. Les gradins sont connectés en parrallèle par des câbles de puissance (hors de notre fourniture). Références Description NB : Les batteries fixes CP254SAH sont étudiées et proposées sur demande. 1 Châssis / Frame Compensation globale d'installation Niveau 2 de charge fluctuant Isolateur / Insulator Facilité d accès aux composants 3 TP de décharge rapide / Discharge Coil Maintenance simplifiée Installation 4 simple Self anti-harmoniques / Detuned Reactor 32 5 TC de déséquilibre / Unbalance CT 6 Condensateurs / Capacitor Units

35 Caractéristiques électriques Tension réseau (kv) kvar - 50 Hz kvar - 60 Hz Min. Max. Min. Max. 13, Constitution Chaque batterie CP254 comporte les éléments suivants : Une enveloppe en aluminium ou acier galvanisé non peinte, IP23 pour installation en intérieur. Des condensateurs monophasés Propivar NG (6, 9 ou 12 éléments par gradin, en fonction de la puissance de la batterie). Un interrupteur au SF6. Trois inductances de limitation des courants d enclenchement. Un transformateur de courant pour la protection de déséquilibre. Options Enveloppe type extérieur. Double toit pour type extérieur. Porte avec serrure. Relais de protection de déséquilibre (livré séparement)*. Sectionneur de mise à la terre tripolaire / pentapolaire. Transformateur de Courant ligne Transformateur de potentiel Lots de 2 selfs de décharge rapide. Coffret contrôle et commande pour n gradins. Commutateur auto/manuel de gradins. * 2 relais sont utilisés pour les batteries utilisant des condensateurs avec fusibles internes ; 1 seul relais est nécessaire sans présence de fusibles internes. Si l option coffret de contrôle et protection est retenue, les relais sont installés dans le coffret. Vue générale, dimensions et schéma 80 DE90076 H DE90103 L D Isolement jusqu à 24 kv H : 2000 mm, L : 2600 mm, D : 1400 mm. Isolement 36 kv H : 2100 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm. Masse approximative : 450 à 1550 kg. 33

36 Batteries de condensateurs MT Batteries pour réseaux de distribution Isolement jusqu à 36 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie fixe CP 229 Application Les batteries de la gamme CP 229 sont montées dans des racks en aluminium. Elles sont utilisées pour la compensation d énergie réactive dans les réseaux moyenne tension. Cette gamme de forte puissance est destinée à la compensation globale de sites industriels importants ou de réseaux de distribution d énergie. DE : châssis 2 : isolateur 3 : TC de déséquilibre 4 : pieds de support 5 : condensateurs 6 : jeu de barre Cuivre 7 : plage de raccordement 4 Ces batteries sont connectées en double étoile (jusqu à 36 condensateurs) et le dispositif de détection du courant de déséquilibre assure la protection contre les défauts internes. NB : Les batteries fixes CP229SAH sont étudiées et proposées sur demande. Références Compensation globale de site 1 Adapté aux fortes puissances 2 Facilité d accès aux composants 3 Maintenance simplifiée Installation 4 simple 5 Description Châssis / Frame aluminium Isolateur / Insulator TC de déséquilibre / Unbalance CT Pieds support / Base support aluminium Condensateurs / Capacitor Units 6 Jeu de barre CUIVRE / COPPER busbar 7 Plage de raccordement / Available connexion 34

37 Caractéristiques électriques Fréquence assignée : 50 Hz ou 60 Hz. Isolement jusqu'à 36 kv. Puissance réactive de 5,4 à 18 Mvar ; 36 condensateurs maximun en standard. Pour des puissances supérieures, nous consulter. Tolérance sur valeur de capacité : 0, +5 %. Options Selfs de chocs (livrées séparément). Vue générale et schéma DE90104 DE

38 Batteries de condensateurs MT Batteries pour réseaux de transport et distribution Isolement jusqu à 245 kv 50 Hz / 60 Hz Batterie fixe CP 230 Application Ces batteries de condensateurs sont conçues à la demande, suivant spécifications des clients. Généralement, elles sont utilisées sur les réseaux haute tension, pour augmenter la capacité de transport des lignes, et diminuer les chutes de tension. DE : châssis 2, 3 & 4 : isolateurs 5 : support 6 : anneaux de levage 7 : plage de raccordement 8 : condensateurs 9 : self de choc 10 : jeu de barre neutre 11 : TC de déséquilibre Références Description 1 Châssis / Frame aluminium Les batteries 2 de la gamme Isolateur CP230 / Insulator sont montées dans des châssis en aluminium ou en acier galavanisé. 3 Schneider Electric Isolateur peut / Insulator proposer des batteries de condensateurs pour des réseaux jusqu à 230 kv Isolateur / Insulator Compensation Support / Support HT et THT Design adapté aux spécifications clients Adaptation aux conditions du site Installation simple et robuste Anneaux de levage / Lifting eyes Plage de raccordement / Terminal pads Condensateurs / Capacitor Units Self de choc / Damping Reactor Jeu de barre neutre / neutral busbar TC de déséquilibre / Unbalance CT 36

39 Caractéristiques électriques Fréquence assignée : 50 Hz ou 60 Hz. Isolement : jusqu à 245 kv. Puissance réactive maximale : 100 Mvar, valeurs supérieures nous consulter. Tolérance sur valeur de capacité : 0, +5 %. Selfs de limitation des courants d enclenchement : inductances monophasées, de type sec et sans noyau magnétique. Vue générale et schéma DE90105 DE

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41 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Protections Sommaire Types de défauts dans les batteries de condensateurs 40 Protection des personnes 41 Protection des condensateurs 42 Détecteur d arc 44 39

42 Protections Type de défauts dans les batteries de condensateurs DE90056 DE90057 Les principaux défauts qui peuvent affecter une batterie de condensateurs sont : Le court-circuit d un élément dans un condensateur. La surcharge. Le court circuit (bi et triphasé). Le défaut phase-masse. 1,33 I N Fig. 1 : court-circuit d un élément sans protection interne 0,978 I N 1,33 U NE I f =1,33 I N 1,33 U NE 1,33 U NE 0,978 U NE Court-circuit d un élément dans un condensateur Sans protection interne (Fig. 1) Les éléments câblés en parallèle sont donc shuntés par l unité en courtcircuit (cf. condensateurs Propivar NG p.48). L impédance du condensateur est modifiée. La tension appliquée se répartit sur un groupe de moins en série. Chaque groupe est alors soumis à une contrainte plus élevée ce qui peut entraîner d autres claquages en cascade jusqu au court-circuit total. La tension initiale aux bornes de l élément, U NE (égale à U N /4) devient, après défaut, égale à U N /3, soit 1,33 U NE. Avec protection interne (Fig. 2) La fusion du fusible interne associé en série élimine l élément en défaut. Le condensateur reste sain. Son impédance est très légèrement modifiée. Surcharge La surcharge est due à une surintensité permanente ou à une surintensité temporaire : surintensité permanente liée à : - une élévation de la tension d alimentation, - la circulation d un courant harmonique due à la présence de charges non linéaires telles que convertisseurs statiques (redresseurs, variateurs de vitesse), fours à arc, surintensité temporaire liée à une mise sous tension de gradins d une batterie. La surcharge se traduit par un échauffement préjudiciable à la tenue du diélectrique, et conduit à un vieillissement prématuré du condensateur. Court-circuit (bi et triphasé) Le court-circuit est un défaut interne ou externe entre conducteurs actifs, soit entre phases (condensateurs connectés en triangle), soit entre phase et neutre (condensateurs connectés en étoile). Les courts-circuits externes peuvent être dus à des surtensions externes (coup de foudre, surtensions de manœuvre) ou des défauts d'isolations (corps étrangers modifiant les distances d'isolement) Ils se traduisent par des arcs électriques entraînant des arrachements de matière, des surpressions et des efforts électro-dynamiques. Les courts-circuits internes se traduisent par des arcs électriques dans l huile, ce qui entraîne l apparition de gaz dans la cuve étanche entraînant de violentes surpressions qui peuvent conduire à la déchirure de la cuve et à la fuite du diélectrique. Fig. 2 : court-circuit d un élément avec protection interne 0,978 U NE 1,067 U NE 0,978 U NE Défaut phase-masse Le défaut à la masse est constitué soit par un défaut interne entre un élément actif du condensateur et la masse constituée par le boîtier métallique qui est mis à la terre (pour assurer la protection des personnes), soit par un défaut externe entre conducteurs actifs et masse. Les effets du court-circuit sont fonction de la somme de l impédance de défaut et de l impédance de boucle (qui dépend du régime de neutre du réseau). Le courant résultant peut être très faible et insuffisant pour entraîner la fusion des fusibles externes, ce qui peut se traduire par une surpression lente (accumulation de gaz ) et des contraintes fortes sur la cuve. 40

43 Protections Protection des personnes Les principaux équipements participant à la protection des personnes dans un équipement de compensation de l'énergie réactive, sont : Le relais de protection numérique (défaut phase-masse, court-circuit). La self de décharge rapide. Le sectionneur de mise à la terre (SMALT). Les fusibles externes. Relais de protection numérique Il assure la protection contre les différents types de défaut. Le défaut phase-masse par la protection à maximum de courant terre (ANSI 50N-51N) qui permet de détecter les surintensités dues aux défauts entre phase et terre. Elle utilise la mesure de la composante fondamentale du courant terre. La surcharge par la protection de surcharge à image thermique (ANSI 49 RMS) qui permet de protéger les condensateurs contre les surcharges, à partir de la mesure du courant absorbé. Le court-circuit par la protection à maximum de courant phase (ANSI 50-51) qui permet de détecter les surintensités dues aux défauts entre phases. Elle utilise la mesure de la composante fondamentale des courants issus de 2 ou 3 transformateurs de courant TC phase. PE90102 PE90101 Self de décharge rapide Self de décharge rapide L installation de deux selfs (Transformateurs de Potentiel TP ) de décharge rapide entre les phases de la batterie permet de réduire le temps de décharge des condensateurs de 10 minutes à 10 secondes environ. Cette réduction du temps de décharge apporte : la sécurité pour le personnel lors d une intervention éventuelle, la réduction du temps d attente avant mise à la terre (fermeture du sectionneur de mise à la terre SMALT ). On n admet pas plus de 3 décharges consécutives et il faut respecter un repos de 2 heures (pour le refroidissement) avant de recommencer une séquence. Sectionneur de mise à la terre (SMALT) Il s agit d un organe de sécurité, dont le but est de fixer à la terre le potentiel d une installation préalablement mise hors tension, pour permettre l intervention humaine en toute sécurité sur l installation. Les bornes des condensateurs doivent être raccordées et maintenues à la terre durant toute la durée de l intervention. Sectionneur de ligne Le sectionneur est un appareil électromécanique permettant de séparer de façon mécanique, un circuit électrique et son alimentation, tout en assurant physiquement une distance de sectionnement adéquate. L objectif peut être d assurer la sécurité des personnes travaillant sur la partie isolée du réseau électrique ou d éliminer une partie du réseau en dysfonctionnement. Les sectionneurs de ligne Moyenne Tension sont souvent combinés avec une mise à la terre. Sectionneur de mise à la terre (SMALT) 41

44 Protections Protections des condensateurs Les principaux équipements de protection des condensateurs sont : les fusibles internes, les fusibles externes, les selfs de choc, le relais de protection de déséquilibre, le relais de protection numérique (surcharge). Fusibles internes Les condensateurs Propivar NG (Condensateurs monophasés) peuvent être fournis avec une protection par fusible interne associée à chaque élément. En cas de claquage de celui-ci, il sera déconnecté et isolé. Le claquage d un élément peut se produire : lorsque la tension du condensateur est proche de son amplitude maximale. Dans ce cas, l écoulement de l énergie stockée dans les capacités couplées en parallèle provoque la fusion du fusible interne (Fig. 1), lorsque la tension du condensateur est proche de zéro. La circulation du courant total du condensateur provoque alors la fusion du fusible interne (Fig. 2). Déconnexion instantanée de l élément en court-circuit Coûts de maintenance réduits Continuité de service maintenue Possibilité de plannifier l intervention de maintenance préventive (surveillance de la capacité) Fig. 1 : fusion du fusible interne provoquée par l écoulement de l énergie stockée dans les capacités couplées en parallèle DE90079 DE90078 Fig. 2 : fusion du fusible interne provoquée lorsque la tension du condensateur est proche de zéro 42

45 PE90103 PE90092 Fusibles HPC Fusibles externes Les fusibles externes sont destinés à éliminer les condensateurs en défaut, afin de permettre aux autres gradins de la batterie à laquelle l unité est connectée de continuer à fonctionner. Ils protègent également de l amorçage éventuel sur les traversées du condensateur. Le fonctionnement d un fusible externe est généralement déterminé par le courant de défaut alimenté par le réseau ainsi que par l énergie de décharge provenant des condensateurs connectés en parallèle avec le condensateur en défaut. Le claquage initial est habituellement celui d un élément individuel (galette) du condensateur. Ce claquage se traduit par un court-circuit qui s applique à tous les éléments en parallèle et élimine ainsi un groupe série de galettes. Si la cause de la défaillance initiale demeure, la défaillance des groupes séries successifs (qui subissent une augmentation de la tension à chaque élimination d un groupe série) se produira. Cela occasionne une augmentation du courant dans le condensateur jusqu au moment où le fusible externe fonctionne, éliminant le condensateur claqué du circuit. La protection par fusibles externes HPC (Haut Pouvoir de Coupure) intégrés à la batterie est bien adaptée (techniquement et économiquement) aux batteries de condensateurs de : faible puissance (< 1200 kvar), équipées de condensateurs triphasés, tension réseau < 12 kv. Le calibre des fusibles sera choisi avec une valeur comprise entre 1,7 et 2,2 fois l intensité nominale de la batterie (1,5 à 2,2 fois avec les selfs anti harmoniques). La fusion des fusibles HPC est généralement provoquée par un court-circuit franc. L indication de fusion fusible est un moyen visuel qui permet de vérifier l état du fusible. PE90104 Self de choc Transformateur de courant pour protection de déséquilibre Self de choc Une self de choc est connectée en série par gradin et sert à limiter la pointe de courant qui survient lors des opérations d enclenchement. La valeur de l inductance est choisie pour garantir que les courants de crête survenant lors des manœuvres restent toujours inférieurs à 100 fois le courant nominal de la batterie. Principales caractéristiques : Bobine d inductance à air, de type sec. Configuration monophasée. Installation à l intérieur ou à l extérieur. Conforme aux normes CEI ou équivalentes. Protection de déséquilibre Cette protection s applique généralement aux batteries de : moyenne ou grande puissance ( > 1200 kvar), équipées de condensateurs monophasé, connexion en double étoile obligatoire. La protection de déséquilibre ou différentielle est une protection capable de détecter et de réagir à un défaut partiel d un condensateur. Elle est constituée d un transformateur de courant, connecté entre deux points électriquement équilibrés associés à un relais d intensité. Lors d un défaut dans un condensateur, il s ensuit un déséquilibre donc un courant de circulation dans le transformateur de courant qui provoquera, par l intermédiaire du relais, l ouverture de l organe de manœuvre de la batterie (disjoncteur, interrupteur, contacteur...). Il n y a pas de protection de déséquilibre avec des condensateurs triphasés. 43

46 Protections Détecteur d arc Vamp 120 PE90501 Avantages client Sécurité des personnes. Réduction des pertes de production. Augmentation de la durée de vie de l appareillage. Réduction des frais d assurance. Investissements financiers faibles et installation rapide. Fonctionnement fiable Fonctions La protection anti-arc électrique VAMP augmente la sécurité du personnel et minimise les dommages matériels causés à l'installation lors de défauts. Le relais de protection anti-arc détecte un arc électrique dans l'installation et déclenche la coupure de l'alimentation. Lorsqu'un arc est détecté, le relais de protection anti-arc déclenche immédiatement le ou les disjoncteur(s) concerné(s) pour isoler µ le défaut. Un système de protection anti-arc fonctionne beaucoup plus rapidement que les relais de protection classiques et le degré de dommages entraînés par un court-circuit généré par un arc est limité à un niveau très bas. Caractéristiques système Alimentation CA/CC Intégrée V. Jusqu à 4 capteurs d arc. Déclenchement sélectif pour 2 zones et possibilité de déclenchement d urgence pour l'ensemble de la production (contact séparé). Temps de déclenchement 7 ms (en incluant le relais de sortie). Etat de déclenchement non volatile. Sorties de déclenchement NO et NF : - auto-surveillance, - simple, - économique. Capteurs Capteur d arc : - détection d'arc, - autocontrôle, - longueur du cable ajustable de 6 m à 20 m. Normes Normes d interférence Compatibilité électromagnétique Essais d émission EN Essais d immunité EN Normes de tension test Essais de sécurité électrique Tenue diélectrique CEI Onde de choc CEI Robustesse mécanique Résistance aux chocs sous tension CEI , classe I Résistance aux chocs hors tension CEI , class I Test de fiabilité CEI , classe I Vibration Réaction sinusoïdale CEI , classe I Endurance sinusoïdale CEI , classe I Tenue climatique Température de fonctionnement -10 à +55 C Température de transport et de stockage - 40 à +70 C Humidité relative < 75 % (1 an, valeur moyenne) < 90 % (30 jours par an, pas de condensation autorisée) Degré de protection (CEI 60529) IP20 La fonctionnalité des protections anti-arc de la gamme VAMP améliore la sécurité des personnes et des biens et a fait de Schneider Electric un pionnier dans le domaine de la protection anti-arc avec plus de systèmes et unités anti-arc électrique et plus de capteurs d arc en service dans le monde. 44

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49 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Composants Sommaire Condensateur Moyenne Tension Propivar NG 48 Régulateur Varmétrique Varlogic 50 Transformateur de Courant 51 Transformateur de Potentiel 51 Self Anti-Harmonique ou de filtrage 52 Contacteur Rollarc 53 Contacteur à vide CBX3-C 54 Disjoncteurs SF1& SF2 56 Boîtier de contrôle commande 57 Relais de protection numérique : Sepam 58 47

50 Composants Condensateur MT Propivar NG PB Les condensateurs Propivar NG sont utilisés pour réaliser des batteries de condensateurs pour la compensation d énergie réactive sur des réseaux moyenne et haute tension. Ils permettent, par un jeu d assemblage, de couvrir différentes puissances réactives en fonction de la tension du réseau, la fréquence et le niveau de distorsion harmonique du réseau. PB Présentation Un condensateur HT Propivar NG se présente sous la forme d une cuve métallique surmontée de bornes. Cette cuve contient un ensemble d éléments de condensateur. Câblés en groupes selon un arrangement série-parallèle, ils permettent d obtenir des éléments unitaires de forte puissance pour des tensions de réseau élevées. Deux types sont proposés : avec fusibles internes (condensateur monophasé, condensateur double), disponible avec Q > 100 kvar, certaines limitations étant possibles selon le niveau de tension, sans fusible interne (condensateur monophasé ou triphasé, condensateur double). Ces condensateurs sont équipés de résistances de décharge afin de réduire la tension résiduelle à 75 V, 10 minutes après leur mise hors tension. Sur demande, les condensateurs peuvent être fournis avec des résistances permettant de réduire la tension résiduelle à 50 V en 5 minutes. Constitution Propivar NG monophasé. Propivar NG triphasé et condensateur double. Les éléments qui constituent le condensateur Propivar NG comprennent : des électrodes en aluminium aux bords repliés, des films de polypropylène, un liquide diélectrique sans PCB (non chloré) de type Jarylec C101. Principales caractéristiques Les condensateurs Propivar NG ont une durée de vie exceptionnellement longue grâce à l utilisation de films à très faibles pertes diélectriques, à une bonne stabilité chimique et tenue thermique, à leur tenue aux surtensions et surintensités ainsi qu à une bonne résistance au milieu environnant (brouillard salin, atmosphère contenant du dioxyde de soufre, vibrations). DB Condensateur Propivar NG avec fusibles internes, constitué de 4 groupes en série, chaque groupe comportant 12 éléments en parallèle. Tenue thermique À basse température, ces condensateurs présentent une bonne tenue aux transitoires de commutation. À température ambiante plus élevée, ils présentent un échauffement très limité, supprimant ainsi tout risque de modification des propriétés diélectriques du milieu isolant. Stabilité chimique Les surtensions transitoires sur les réseaux et les niveaux de décharges partielles provoquent un vieillissement prématuré des éléments de condensateur. La longévité exceptionnelle des condensateurs Propivar NG est due aux propriétés intrinsèques du liquide diélectrique, à savoir : très grande stabilité chimique, haut pouvoir d absorption des gaz générés lors des décharges partielles, très grande rigidité diélectrique. Tenue aux surtensions et surintensités Les condensateurs peuvent admettre : une surtension de 1,10 U N, 12 h par jour, une surtension à fréquence industrielle de 1,15 U N, 30 minutes par jour, une surintensité permanente de 1,3 I N. Leur tenue est testée selon la norme CEI par : 850 cycles à un niveau de surtension de 2,25 U N (durée du cycle 15 périodes), des essais de vieillissement à 1,4 U N (1000 heures). Brouillard salin Les condensateurs ont subi des essais au brouillard salin selon la norme CEI (672 heures) avec des critères de température selon NPX Atmosphère contenant du dioxyde de soufre Les condensateurs ont subi des essais de résistance aux atmosphères contenant du dioxyde de soufre selon la norme NFT (30 jours). Vibrations La tenue aux vibrations des condensateurs a été testée selon la norme CEI , jusqu à la classe 3M4. 48

51 Normes Le condensateur Propivar NG est certifié CEI , 2 et 4 ainsi que NEMA CP1. Il est en conformité avec la plupart des normes nationales et internationales relatives aux condensateurs. Assurance qualité et environnement Propivar NG est en conformité avec les réglementations RoHS et REACH. Les sites Schneider Electric de production des condensateurs sont certifiés ISO 9001 (qualité) et ISO (environnement). Autres caractéristiques Fréquence d utilisation 50 Hz ou 60 Hz Plage de température -25 C à +50 C (-40 C à +55 C 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 Puissance réactive nominale maximale Condensateur triphasé 600 kvar Condensateur monophasé 900 kvar Condensateur double 800 kvar Gamme de tensions Condensateur triphasé 1-12 kv Ph/Ph Condensateur monophasé 1-17,3 kv Ph/N Condensateur double 1-9 kv Ph/N Situation A l intérieur et à l'extérieur Tolérance sur valeur de capacité -5 % à +10 % Variation relative de capacité C/C par C -3, / C Cuve du condensateur Matériau Acier inoxydable Epaisseur 1,5 mm Traitement de surface Surface en acier inoxydable décapée par jet de billes, une couche de peinture à deux composants plus une couche de peinture hydro Couleur Gris RAL 7038 Pattes de fixation Une par côté Extrémités Traversées Trois traversées porcelaine Bornes Deux M16 x 2 Serre-fils Serre-fils en laiton nickelé, 2 câbles maxi. (diamètre extérieur de 10 mm maxi.) Fixation Deux trous de 13 x 24 mm, entraxe 395,5 mm DB A Propivar NG monophasé (BIL max / 170 kv) 180 B Propivar NG monophasé Q N (kvar) A B 50 Hz 60 Hz (mm)(mm) y 950 DB Dimensions non contractuelles. Elles peuvent varier en fonction de la tension assignée de l application = = 349 A Propivar NG triphasé (BIL max / 75 kv) et Propivar NG double (BIL max / 95 kv) 180 B Propivar NG double Propivar NG triphasé Q N (kvar) A B 50 Hz 60 Hz (mm) (mm) Q N (kvar) A B 50 Hz 60 Hz (mm) (mm) 100 (2 x 50) 120 (2 x 60) (2 x 100) 240 (2 x 120) (2 x 150) 360 (2 x 180) (2 x 200) 480 (2 x 240) (2 x 250) 600 (2 x 300) (2 x 300) 720 (2 x 360) (2 x 350) 800 (2 x 400) (2 x 400)

52 Composants Régulateur Varmétrique Varlogic PB100033_SE Les régulateurs Varlogic mesurent en permanence la puissance réactive de l installation et pilotent la connexion et la déconnexion des gradins de condensateurs pour obtenir le facteur de puissance désiré. NRC12 peut piloter jusqu à 12 gradins de condensateurs et dispose de fonctionnalités étendues dont la communication Modbus (en option). Il simplifie la mise en service, la surveillance et la maintenance des équipements de compensation d énergie réactive. Varlogic NRC12 PB100032_SE Spécifications techniques (NRC12) Nombre de gradins 12 Dimensions 155 x 158 x 80 mm Fréquence 50 Hz nominale (plage de Hz) 60 Hz nominale (plage de Hz) Courant de mesure 0 1 A ou A Tension de mesure* V (nominale, max. 115 %) Affichage puissance mesurée kva Consommation nominale 13 VA Tensions d alimentation 110 V nominale, (plage de V) 230 V nominale, (plage de V) 400 V nominale, (plage de V) Relais de sortie 250 V, 2 A Ecran Afficheur graphique, résolution 64x128 pixels, rétro-éclairé Indice de protection IP41 face avant, IP20 face arrière Plage de cos ϕ - cible 0,85 ind 1,00 0,90 cap Courant de réponse C/K 0,01 1,99, symétrique ou asymétrique Temps de reconnexion s Temps de réponse 20 % du temps de reconnexion, min. 10 s Valeurs affichées cos ϕ, Iact, Ireact, Iapp, IRMS/I1, P, Q, S, THD (U) et tensions harmoniques, THD(I) et courant harmoniques, température interne et externe Type d installation Montage encastré ou sur rail DIN Boîtier Résistant aux chocs PC/ABS, UL94V-0 Température 0 60 C de fonctionnement Historique des alarmes Liste des 5 dernières alarmes Compteur par gradin Oui Commande ventilateur par relais dédié Oui. 250 V AC, 8 A Contact Alarme Oui. 250 V AC, 8 A Gamme de TC 25/1 6000/1 à 25/5 6000/5 Détection Temps de réaction > 15 ms des creux de tension Communication Protocole Modbus avec module CCA-01 (option) * Pour les installations MT, la saisie du ratio du TP d entrée permet l affichage et la mesure de la tension primaire 50

53 Composants Transformateur de Courant Transformateur de Potentiel DE52344 Les Transformateurs de Courant (TC) répondent à la norme CEI Leur fonction est de fournir au secondaire un courant proportionnel à celui du circuit MT sur lequel ils sont installés. Le primaire, monté en série sur le réseau MT, est soumis aux mêmes surintensités que celuici et supporte la tension MT. DE52359 Transformateur de Courant Constitution et types Les Transformateurs de Courant sont conçus pour répondre aux fonctions de protection et de contrôle. Détection des surintensités dans les bancs de capacité et fourniture d un signal au relais de protection. Fourniture d un signal au contrôleur varmétrique. Ils sont de type : bobiné (le plus fréquent) : lorsque le primaire et le secondaire comportent un bobinage enroulé sur le circuit magnétique, traversant : primaire constitué par un conducteur non isolé de l installation, tore : primaire constitué par un câble isolé. Le montage en double étoile et la protection de déséquilibre nécessitent l utilisation de transformateurs de courant spécifiques (classe X). Transformateur de Courant à primaire bobiné Transformateur de Courant type tore PE56030 Transformateur de Courant Les Transformateurs de Potentiel (TP) répondent à la norme CEI Ils répondent à 2 fonctions essentielles : adapter la valeur des tensions MT primaires aux caractéristiques des appareils de protection et mesure, en fournissant une tension secondaire proportionnelle et de valeur moins élevée, isoler les circuits de puissance, des circuits de protection et mesure. Transformateur de Potentiel Constitution et types Les Transformateurs de Potentiel sont conçus pour répondre aux fonctions de protection et de contrôle. Détection des sur/sous tensions dans les bancs de capacité et fourniture d un signal au relais de protection. Fourniture d un signal au contrôleur varmétrique. PE56700 Transformateur de Potentiel phase-terre 51

54 Composants Self anti-harmonique ou de filtrage Une réactance, dite self anti-harmonique est incluse dans les équipements de compensation, afin d éviter l amplification des tensions harmoniques pré-existantes sur le réseau. Les types de self sont multiples. Self à noyau fer, technologie imprégné résine Installation en intérieur. Type triphasé. Tension max. 12 kv. Raccordement sur plage cuivre. Masse jusqu'à 2000 kg. PE Self à noyau fer, technologie enrobé résine Installation en intérieur. Type triphasé. Tension max. 24 kv. Normes CEI Tenue au feu. Classe de température F. Raccordement sur plage cuivre. Masse jusqu'à 2000 kg. PE PE90093 Self à noyau fer, technologie immergé huile Installation en intérieur ou en extérieur. Tension max. 36 kv. Cuve à ailettes à remplissage intégral. Raccordement sur traversées porcelaine ou embrochables. Masse jusqu'à 3500 kg. Self à air (sans noyau), technologie imprégné résine Les bobines à réactance à air se caractérisent par une réactance qui ne dépend pas du courant traversant (perméabilité de l'air constante). Ces bobines sont généralement installées dans des sous-stations ou dans les équipements de compensation statique (SVC). La construction de type sec se caractérise par une grande fiabilité, une absence de maintenance et une grande adaptation aux contraintes environnementales. Installation principalement en extérieur. Tension max. jusqu'à 245 kv. 4 PE : self à noyau fer, technologie imprégné résine 2 : self à noyau fer, technologie enrobé résine 3 : self à noyau fer, technologie immergé huile 4 : self à air (sans noyau), technologie imprégné résine 52

55 Composants Contacteur Rollarc Le contacteur tripolaire pour usage en intérieur type Rollarc, utilise le SF6 pour l isolement et la coupure. Le principe de coupure est celui de l arc tournant. L appareil de base est constitué de trois pôles montés dans une même enveloppe isolante. L enveloppe isolante contenant les parties actives de ces pôles est remplie de SF6 à la pression relative de 2,5 bars. Le contacteur Rollarc existe en deux types : R400, à maintien magnétique. R400D, à accrochage mécanique. Applications Commande et protection de : moteurs MT. batteries de condensateurs et transformateurs de puissance. Normes de référence Norme CEI publication : contacteurs pour courant alternatif haute tension et démarreurs de moteurs à contacteurs. Norme CEI : appareillage à haute tension, combinés interrupteurs-fusibles. Caractéristiques électriques Tension Niveau d isolement Pouvoir de coupure Courant Pouvoir Courant Endurance assignée assigné sous U (kv) assigné de fermeture courte mécanique U R (kv) Choc 1 mn avec I R avec durée 50/60Hz 1,2/50μs 50/60Hz fusibles fusibles 3 s kv kv crête kv eff. ka ka A ka crête ka 7, manœuvres Puissance manœuvrable maximale Tension de service (kv) Sans fusible Avec fusible intégré Puissance (kvar) Puissance (kvar) 3, , , Matériel sans entretien sur les parties actives. Endurance mécanique et électrique élevée. Insensibilité à l environnement. Possibilité de contrôle permanent de la pression de gaz. PE56761 PE90105 Contacteur Rollarc (raccordement) Contacteur Rollarc (écorché) 1 : connexions MT 2 : connexions BT 3 : contacts auxiliaires 4 : pressostat 5 : commande par électroaimant 6 : accrochage mécanique (R400D) 7 : déclencheur d ouverture 8 : points de fixation 9 : enveloppe isolante 10 : emplacement plaque signalétique 53

56 Composants Contacteur à vide CBX3-C PE90243 Le contacteur tripolaire CBX3-C, destiné à un usage en intérieur, utilise le vide pour l'isolement et la coupure. Il est spécialement dédié à la coupure des courants capacitifs. Applications La conception des contacteurs et les matériaux de contact utilisés sur le contacteur CBX3-C correspondent aux exigences de commutation des condensateurs pour les applications de correction du facteur de puissance tels que : industrie de métallurgie, industrie minière, industrie pétrolière, distribution d énergie. Equipés en standard d une alimentation électronique auxiliaire (EAS), les CBX permettent une configuration facile et réduisent la consommation énergétique. Normes Les contacteurs vide de Schneider Electric ont été conçus pour respecter les normes intérnationales les plus sevères. CEI 60470, ANSI C37, BS EN 60470, NEMA ICS, GB (Chine). Caractéristiques électriques CBX3-C Tension nominale (kv) 7,2 / 12 Tension de tenue à une fréquence 20 / 28 industrielle (kv) Tension de tenue au choc (BIL) (kv) 60 / 75 Charge capacitive Courant nominal (A) 400 Puissance banc de 3360/5600 condensateur (kvar) Courant d appel (kap) 20 Courant de court circuit 1 s (ka) 4 Crête pour ½ période (kap) 25 Endurance mécanique (N ) 3 millions Endurance électrique au courant nominal (N ) Température ( C) -5 à +40 Nombre de poles 1P - 3P 54

57 Contrôle Tension d alimentation de la bobine de fermeture (V) Tension d alimentation du verrouillage (V) CC : 24, 48, 60, 110, 125, 220, 250 CA : 110, 120, 220, 240 CC : 24, 48, 110, 240 CA : 110, 240 CBX Consommation (W) Bobine de fermeture 500 Maintien magnétique 150 Maintien avec l EAS 80 Fonction verrouillage Bobine (W) 240 Endurance (N ) Alimentation par carte électronique (EAS) Deux circuits électroniques sont requis pour gérer les tensions auxiliaires: de 24 à 60 V CC, de 110 à 250 V CA/V CC. Avantages Faible consommation de puissance. Fiabilité améliorée. Compteur de manœuvres (optionnel). Retard de 100 ms à l ouverture (optionnel). Dissipation thermique réduite. Schémas électriques standardisés. Options Contacts auxiliaires Alimentation électronique (EAS) Délai d'ouverture 100 ms Compteur d opération Isolation à 42 kv Verrouillage mécanique CBX 5 NO + 5 NF Oui Option Option Option Option Vitesse de commutation. Longue durée de vie. Consommation énergétique réduite grâce à l alimentation électronique. Dimensions Largeur (mm) 343 Longueur (mm) 333 Hauteur (mm) 258 Masse (kg) 28 55

58 Composants Disjoncteurs SF1 & SF2 PE56501 Le disjoncteur SF de la gamme d appareillage de Schneider Electric est utilisé pour la mise sous tension des batteries ou de gradins de condensateurs. Ce disjoncteur utilise le SF6 comme diélectrique. Il a tout particulièrement été testé pour la manœuvre spécifique des batteries de condensateurs. Description Le disjoncteur SF est constitué en version fixe de base de : 3 pôles principaux, liés mécaniquement et comprenant chacun une enveloppe isolante du type système à pression scellé. L enveloppe étanche est remplie de SF6 à faible pression, une commande manuelle (électrique en option) à accumulation d énergie à ressorts. Elle donne à l appareil une vitesse de fermeture et d ouverture indépendante de l opérateur. Lorsqu il est équipé de la commande électrique, le disjoncteur peut être commandé à distance et la réalisation de cycles de réenclenchement est possible, une face avant avec la commande manuelle et les indicateurs d états, des bornes aval et amont pour le raccordement des circuits de puissance, un bornier pour le raccordement des circuits auxiliaires extérieurs. En fonction de ces caractéristiques, le disjoncteur SF est disponible avec une commande frontale ou latérale. Options Commande électrique. Châssis support équipé de galets et d équerres de fixation au sol pour une installation fixe. Verrouillage du disjoncteur en position ouvert par serrure installée sur le plastron de la commande. Pressostat pour les performances les plus élevées. PE56503 Disjoncteur SF1 Applications Les appareils SF sont des disjoncteurs MT tripolaires pour usage en intérieur. Ils sont principalement utilisés pour la manœuvre et la protection des réseaux de 12 à 36 kv dans la distribution d énergie primaire et secondaire. Avec l autocompression dans le gaz SF6, technique de coupure utilisée dans ces disjoncteurs, l établissement ou l interruption de tout type de courant capacitif ou inductif s effectue sans surtension dangereuse pour l appareillage connecté sur le réseau. Le disjoncteur SF est de ce fait bien adapté à la manœuvre de bancs de condensateurs. Disjoncteur SF2 SF1 SF2 Commande frontale ou latérale Commande frontale Tension maximum U M (kv, 50/60 Hz) 36 kv 36 kv 40.5 kv 24 kv 24 kv 17.5 kv 12 kv Pouvoir de coupure (I SC ) 25 ka de 12,5 à 25 ka de 12,5 de 25 31,5 ka à 40 ka à 40 ka Courant assigné (I R ) 630 A de 400 à A de 630 à A A Courant capacitif coupé (I C ) 440 A de 280 à 875 A de 440 à A A 56

59 Composants Boîtier de contrôle commande La fonction de ces boîtiers est de commander et protéger les batteries de condensateurs. Description Ces coffrets sont conçus pour être installés en intérieur. Ils comportent les éléments suivants : un régulateur varmétrique Varlogic, un relais de protection numérique Sepam, les relais de protection de déséquilibre, les voyants de signalisation - sous tension - pour chaque gradin, Gradin sous tension, Gradin hors tension, Alarme déséquilibre, Déclenchement déséquilibre. Option Un commutateur à trois positions : Auto : les gradins sont pilotés automatiquement par le régulateur varmétrique, Manu : les gradins sont pilotés manuellement au moyen d un commutateur 2 positions situé sur le coffret (1 commutateur par gradin), 0 : les gradins sont mis hors circuit (aucun pilotage automatique ou manuel n est possible). PE Boîtier de contrôle commande 1. régulateur varmétrique Varlogic 2. relais de protection numérique Sepam 57

60 Composants Relais de protection Sepam PA40431 Le relais de protection Sepam permet de garantir la disponibilité de l énergie et la rentabilité maximale des installations tout en assurant la sécurité des biens et des personnes. Sepam Maîtriser l installation électrique Les relais de protection Sepam multifonctionnels assurent la protection, la mesure, l analyse et le diagnostic de l ensemble des applications d une installation. En cas d incident, les informations claires et complètes dans la langue choisie permettent de prendre les bonnes décisions immédiatement. Assurer la disponibilité Sepam assure un parfait niveau de disponibilité de l énergie grâce à sa fonction diagnostic qui scrute en permanence l état du réseau. Sa finesse d analyse et sa fiabilité garantissent une mise hors tension des équipements lorsque cela est vraiment nécessaire. La programmation des opérations de maintenance permet de prévenir les risques et d optimiser les temps d intervention. Augmenter la sûreté Sepam série 80 est le premier relais de protection numérique à garantir une sûreté de fonctionnement et un comportement sur défaillance en conformité avec les exigences de la norme CEI Sa qualité de fabrication permet son utilisation dans les conditions et les atmosphères les plus sévères : plateformes pétrolières, industries chimiques (normes CEI ). Communiquer : jouer l ouverture En complément des normes DNP3, CEI et Modbus, Sepam est conforme à la norme CEI et utilise le protocole de communication standard du marché lui permettant de s interfacer avec l ensemble des appareillages de distribution électrique, quelle que soit leur origine. Respecter l environnement Respect de la directive européenne RoHS. Faible consommation d énergie. Fabrication en usine certifiée ISO Recyclable à plus de 85 % (Sepam série 10). Une gamme modulaire structurée : Application condensateur S20 S24 S40 C86 C86 Protection d une batterie de 1 à 4 gradins en double étoile protection contre les court-circuits surveillance U et f protection contre les surcharges protection contre le déséquilibre Protection d une batterie en triangle sans surveillance de la tension protection contre les court-circuits Protection d une batterie en triangle avec surveillance de la tension protection contre les court-circuits surveillance U et f protection contre les surcharges (Sepam C86) 58

61 Tableau de choix - applications condensateurs Code ANSI S10A S10B S20 S24 S40 C86 Protections* Maximum de courant phase 50/ Maximum de courant terre 50N/51N Terre sensible 50G/51G Défaillance disjoncteur 50BF Maximum de composante interne Image thermique condensateur 49RMS Déséquilibre gradins de condensateurs 51C 8 Minimum de tension directe 27D 2 Minimum de tension rémanente 27R 2 Minimum de tension (L-L ou L-N) Maximum de tension (L-L ou L-N) Maximum de tension résiduelle 59N 2 2 Maximum de tension inverse Maximum de fréquence 81H 2 2 Minimum de fréquence 81L 4 4 Surveillance temperature (16 sondes) 38/49T v Mesures Courant phase RMS I1, I2, I3 b b b b b b Courant résiduel calculé I0Σ b Courant moyen I1, I2, I3 b b b b Maximètre courant IM1, IM2, IM3 b b b b b b Courants résiduels mesurés I0, I 0 b b b b b b Tension U21, U32, U13, V1, V2, V3 b b Tension résiduelle V0 b b Fréquence b b Puissance active P, P1, P2, P3 b b Puissance réactive Q, Q1, Q2, Q3 b b Puissance apparente S, S1, S2, S3 b b Maximètre de puissance PM, QM b b Facteur de puissance b b Energie active et réactive b b Diagnostic réseau, appareillage et condensateurs Courant de déclenchement b b b b tripi1, tripi2, tripi3, tripi0 Taux de distortion du courant b b : standard v : option * les chiffres indiquent le nombre de fonctions de protection disponibles et de la tension THD i, THD u Déphasage φ0, φ'0, φ0σ b Déphasage φ1, φ2, φ3 b b Oscilloperturbographie b b b b Echauffement b Capacité et courants b de déséquilibre condensateur Surveillance TC/TP 60/60FL b b Surveillance circuit déclenchement 74 v v Surveillance alimentation auxiliaire b Surveillance des A coupés cumulés b b b b Nombre de manœuvres v v v v Commande et surveillance Commande disjoncteur / contacteur 94/69 v v v v Sélectivité logique 68 b v v v v Accrochage/acquittement 86 b b b b b b Signalisation 30 b b b b b b Protocoles de communication S-LAN Modbus RTU b v v v v Modbus TCP/IP v v v v v DNP3 v v v v CEI v v v v CEI v v v v 59

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63 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Equipements spécifiques Sommaire Compensateur Hybride HVC 62 Filtres passifs d harmoniques 64 Circuits bouchons 65 61

64 Equipements spécifiques Compensateur Hybride HVC Les équipements de type HVC (Hybrid Var Compensator) sont destinés à faire une compensation économique en temps réel de la puissance réactive. Leur emploi permet : l amélioration de la qualité des réseaux publics et industriels par la réduction ou suppression des fluctuations de tensions, des oscillations de puissance, etc, l augmentation de la capacité des réseaux existants par la compensation des pertes dues à l énergie réactive, le couplage optimum des énergies renouvelables (éolien, solaire) au réseau par une réponse adéquate aux contraintes normatives Compensateur Hybride HVC Description Il comporte une batterie fixe MT de condensateurs shunts avec Self Anti- Harmonique (SAH) fixe et un dispositif électronique AccuSine associé à un transformateur élévateur BT/MT. DE / 4,16 kv 25 / 4,16 kv 2000 A 2000 A CT (3) 1000/5 CT (3) 1000/ A 4,16 kv 4,16 kv PE90046 CT (3) 1000: / 0,48 kv 2000 A PE x 250 kvar Accusine batterie SAH 1225 kvar Exemple de réalisation 62

65 DE90084 Fonctionnement La batterie de condensateurs fixe injecte en permanence un courant réactif capacitif au réseau. Le dispositif électronique injecte un courant réactif, capacitif ou inductif, d une manière continue et en moins d une période (20 ms - 50 Hz) pour compenser les fluctuations importantes et rapides de la consommation d énergie réactive, dues à la charge. Var Avance/Retard kvar fixe Charge AccuSine kvar résultant Temps en périodes Performances Injection d énergie réactive en mode avance ou retard. Temps de réponse inférieur à un cycle. Facteur de puissance ajustable jusqu à 1. Compensation varmétrique sans transitoire. Compensation continue. Contrôle individuel de chaque phase pour les charges déséquilibrées. Applications Energie - raccordement des fermes solaires ou éoliennes. Industries - fours à arc : régulation de tension et atténuation du flicker. - soudeuses : régulation de tension et atténuation du flicker. - broyeurs : atténuation du flicker. - stations de pompage : aide aux démarrages de moteurs MT de forte puissance. - laminoirs à froid / à chaud : réduction des harmoniques et amélioration du facteur de puissance des charges à fluctuation rapide. PE90074 Gamme AccuSine 63

66 Equipements spécifiques Filtres passifs d harmoniques Schneider Electric peut proposer de nombreuses solutions de filtrage passif des harmoniques en moyenne et haute tension, pour les réseaux 50 ou 60 Hz. Ces solutions sont étudiées au cas par cas. Un audit de site préalable et une définition précise des besoins (objectifs à atteindre, ) sont indispensables à la garantie des performances de ce type de solution. Filtres passifs d harmoniques Caractéristiques techniques Fréquence assignée : 50 Hz ou 60 Hz. Isolement : 72,5 kv (autres valeurs, nous consulter). Puissance réactive maximale : 35 Mvar (autres valeurs, nous consulter). Inductances : monophasées, sec, à air, sont les plus communément utilisées pour les filtres passifs. D autres composants, tels que résistances, peuvent également être utilisés dans la conception de filtres passifs. Fréquences d accord : choisies en fonction des harmoniques à filtrer et des performances à atteindre (l audit de site préalable est crucial pour faire les bons choix). PE90097 Filtre passif d harmoniques 64

67 Equipements spécifiques Circuits bouchons Dans sa gamme de solutions, Schneider Electric dispose de circuits bouchons passifs basse fréquence qui permettent d éviter les perturbations des signaux de télécommande à fréquence musicale émis par le distributeur d énergie, notamment dans le cadre d installation de groupe de production autonome. Ces circuits bouchons sont souvent utilisés dans les installations équipées de centrales de cogénération. Pour satisfaire les conditions imposées par le distributeur d énergie, le circuit bouchon est défini au cas par cas en fonction des caractéristiques : de la ligne d alimentation HT du poste source, du transformateur HT/MT du poste source, du dispositif d injection de télécommande et de sa fréquence, de la charge des départs MT, des groupes électrogènes. DE90054 Principe Le circuit bouchon est réalisé par la mise en parallèle d une inductance et d une capacité dont les valeurs sont calculées pour permettre le blocage d une fréquence choisie (175 Hz ou 188 Hz par exemple en France) Montage juxtaposé (mm) Inductance 300 DE90054 Inductance Chemin AL ǿ Montage superposé (mm) Isolateur 24 kv Condensateur Caractéristiques techniques (circuits bouchons passifs pour réseaux 15 et 20 kv) PE90083 Circuit bouchon Fréquence d accord 175 ou 188 Hz (autres fréquences sur demande) Niveau d isolement Jusqu à 24 kv Calibres disponibles 200, 300 ou 400 A par phase Caractéristiques des composants des CB 175 Hz Condensateurs monophasés 207 μf / 2100 V, sans fusibles internes Inductances monophasées 4 mh, sans noyau magnétique Caractéristiques des composants des CB 188 Hz Condensateurs monophasés 179 μf / 2100 V, sans fusibles internes Inductances monophasées 4 mh, sans noyau magnétique Température ambiante maximale 45 C Altitude < 1000 m Montage Juxtaposés (condensateurs debout, à côté de la self) ou superposés (condensateurs installés dans un rack, sous la self) IP 00 sur support aluminium non peint DE DE90055 Phase min Phase Phase 1 Phase 3 Phase 3 Phase min. Disposition en ligne (mm) Disposition en triangle (mm) 65

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69 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Installation (plans, dimensions) Sommaire CP 214, CP 214 SAH, CP 227, CP CP 229, CP 230, CP 253, CP 253 SAH 69 67

70 Installation ( plans, dimensions) CP 214, CP 214 SAH, CP 227, CP 254 CP 214 Plan Dimensions et poids H: 1700 mm, L : 900 mm, D: 1200 mm. Masse approximative : 400 à 560 kg. CP 214 SAH Dimensions et poids H : 1900 mm, L : 2000 mm, D : 1100 mm. Masse approximative : 600 à 1000 kg. CP 227 Dimensions et poids Isolement 24 kv H : 2000 mm, L : 1400 mm, D : 1400 mm. Isolement 36 kv H : 2000 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm. Masse approximative : 450 à 1550 kg. DE90064 DE90062 MT20135 Plan Plan H 80 L L D D 80 H 80 H L D CP 254 Dimensions et poids Isolement jusqu à 24 kv H : 2000 mm, L : 2600 mm, D : 1400 mm. Isolement 36 kv H : 2100 mm, L : 3000 mm, D : 2100 mm. Masse approximative : 450 à 1550 kg. DE90076 Plan 80 H L D 68

71 CP 229, CP 230, CP 253, CP 253 SAH CP 253 Dimensions (mm) Nombre de gradins 1 H : 2 000, L : 1 500, D : H : 2 000, L : 2 600, D : H : 2 000, L : 3 700, D : H : 2 000, L : 4 800, D : H : 2 000, L : 5 900, D : Plan 80 H L D CP 253 SAH Dimensions (mm) 80 H L D CP 229 CP 230 DE90065 DE90077 DE90074 Nombre de gradins 1 H : 2 000, L : 1 500, D : H : 2 000, L : 2 600, D : H : 2 000, L : 3 700, D : H : 2 000, L : 4 800, D : H : 2 000, L : 5 900, D : Plan DE

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73 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Services Sommaire Expertise Schneider Electric 72 Maintenance & fin de vie 73 71

74 Services Expertise Schneider Electric PE90100 Depuis plus de 50 ans, Schneider Electric conçoit et fabrique des équipements de compensation d énergie réactive et de filtrage des harmoniques. Depuis l origine, il est apparu clairement que les mesures sur site étaient souvent déterminantes. C est pourquoi Schneider Electric s est dotée d une équipe de spécialistes pour effectuer mesures, audits de site, simulations et expertises. Chaque catégorie de service est organisée en différents niveaux. Le niveau dépend de l équipement utilisé (cosφ-mètre, enregistreur d harmoniques, analyseur de réseau, ) et de la qualification de l intervenant. L offre services inclut : mesures sur site, installation, supervision et mise en service, dépannages, maintenance, simulations et études, location d appareil de mesure (analyseurs de réseau ), sessions de formation. Services Schneider Electric Ecouter, Comprendre, Agir, c est le cercle vertueux qui vous garantit l efficacité énergétique dont vous avez besoin. Ecouter Cela signifie rassembler des informations sur l état de l installation et toutes les difficultés relatives à son fonctionnement. Cela nécessite un audit -> des mesures spécifiques -> l enregistrement des paramètres caractéristiques des points clés du réseau. Comprendre Une fois les informations rassemblées, un diagnostic doit être établi et les actions correctives identifiées et définies Agir C est la phase décisive ; suppression des perturbations réseau, correction du facteur de puissance, installation d une éventuelle alimentation de secours et c est aussi le coeur de notre expertise. Dans tous les cas, la solution idéale consiste à corriger, mais aussi et surtout à surveiller l efficacité des solutions installées sur une période de temps donnée. Une installation est vivante et comme tout être vivant ses caractéristiques évoluent avec le temps. Dans de nombreux pays, l équipe Services locale de Schneider Electric a la compétence et le matériel nécessaires pour effectuer les mesures, diagnostics, dépannages requis. Les spécialistes de Schneider Electric peuvent être sollicités pour apporter un support ou leur expertise pour des cas spécifiques ou particulièrement critiques. Des sessions de formation peuvent être organisées pour former ou mettre à jour les connaissances de vos équipes d installation ou de maintenance. Nos spécialistes peuvent également être sollicités pour participer à des conférences, séminaires, présentations sur la compensation de l énergie réactive, le filtrage des harmoniques, la qualité de l énergie Diagnostic de l installation Evaluation de l état des batteries de condensateurs. Mesure des températures de fonctionnement. Enregistrement des tensions, courants, puissances active et réactive. Enregistrement des spectres de tensions et de courants harmoniques. Enregistrement des phénomènes de tensions et courants transitoires. Définition de la solution Proposition de remplacement des condensateurs et plans de substitution. Gestion du processus de destruction. Evolution de la correction du facteur de puissance. Réduction de la distorsion harmonique des réseaux. 72

75 Maintenance & fin de vie PE90090 Maintenance Vérifications périodiques Vérifier et nettoyer si besoin les systèmes de ventilation (périodicité dépendant des conditions locales). Vérifications annuelles Vérifier le serrage des connexions. Vérifier la propreté des isolateurs. Vérifier les valeurs de U, I, Capacité batteries et condensateurs Mesurer la température ambiante pour la batterie de condensateurs. Vérifier le fonctionnement des chaînes de protection. Défauts et remèdes Claquage d un condensateur triphasé Il se manifeste par la fusion d un ou plusieurs fusibles HPC. L identification du condensateur défectueux se fait par mesure de capacité (variation de capacité > à 10 % = défectueux). Le remplacement immédiat du condensateur et des trois fusibles HPC est impératif. Claquage d un condensateur monophasé Il se manifeste par un déclenchement de protection de déséquilibre. L identification se fait par une mesure de capacité de chaque condensateur (variation de capacité > à 10 % = défectueux). Le remplacement immédiat du condensateur est impératif (un rééquilibrage de la batterie est parfois nécessaire ; nous consulter). NB : en cas de fusibles internes, le remplacement des condensateurs dont la capacité a varié de plus de 4 à 5 % est fortement recommandé. PE90091 Fin de vie des condensateurs Propivar NG Les condensateurs des gammes Schneider Electric contiennent un liquide diélectrique non PCB. Sa valorisation en fin de vie doit impérativement être réalisée par un centre de traitement des déchets agréé pour les huiles, conformément à la législation locale en vigueur. Si le condensateur est endomagé et présente une fuite de liquide, il doit être mis sur un bac de rétention de liquide et son transport vers le centre de traitement doit être réalisé par un transporteur agréé. Opérations de démantèlement et de valorisation en fin de vie (à faire au-dessus d un bac de rétention) Percer la cuve du condensateur et récupérer l huile d imprégnation qui doit suivre une filière d incinération avec récupération d énergie. Découper la cuve sous le couvercle et extraire la partie interne du condensateur. Faire égoutter la partie interne et la cuve. La cuve du condensateur, en acier, est recyclable. Séparer l ensemble couvercle + traversées, de la partie interne. La partie interne du condensateur doit suivre une filière de cisaillage, incinération et récupération des métaux. L ensemble couvercle + traversées doit être broyé pour récupération des métaux (acier, cuivre et laiton). 73

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77 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Guide de sélection Sommaire Conditions d'installation & caractéristiques générales 76 Châssis/cabine & condensateurs Propivar NG 77 Equipements complémentaires 78 75

78 Guide de Conception Conditions d'installation & caractéristiques générales Ce canevas spécifie l ensemble des données à fournir à Schneider Electric de la phase "devis" à la phase "réalisation de la commande". Conditions de site Pays Altitude v 1000 m v > 1000 m Ambiance v Normale v Saline v SO 2 v Autre Pollution / Ligne de fuite v Faible I (16 mm/kv) isolateurs et bushings v Moyenne II (20 mm/kv) v Forte III (25 mm/kv) v Très Forte IV (31 mm/kv) Puissance de court-circuit (MVA) Température ( C) v > -25 C v 40 C v 45 C v 50 C v 55 C Normes CEI Autres v v Caractéristiques générales Type de la batterie (STD, SAH, filtre) v STD v SAH v Filtre Tension assignée (kv) Puissance (kvar) Fréquence assignée (Hz) v 50 v 60 Niveau d isolement Tension la plus élevée pour le matériel U M kv Tension d essai à fréquence industrielle (50 Hz - 1 mn) kv eff Tension d essai à l onde de choc (1,2 / 50 μs) kv crête Couplage v Double étoile v Triangle v H monophasé v Monophasé v Autre Tenue au courant de court-circuit v Suivant condition de site v Autre ka sec v 1 v 3 Tensions auxiliaires V CC v 24 v 48 v 60 v 110 v 125 v 220 V CA v 110 v 127 v

79 Guide de Conception Châssis/cabine & condensateurs Propivar NG Châssis/cabine Type v Intérieur v Extérieur Indice de protection v IP 00 v IP 23 v IP 54 v Autre : Matériau châssis v Acier v Acier galvanisé v Aluminium v Acier inox Matériau panneau v Acier v Acier galvanisé v Aluminium v Acier inox Revêtement châssis v Nu v Peint Revêtement panneau v Nu v Peint Double toit v Oui v Non Couleur v Standard fournisseur v Autre RAL Porte v Standard fournisseur v Autre Serrure (type) v Standard fournisseur v Autre Condensateurs Propivar NG Type v Triphasé v Monophasé Tension dimensionnement (V) Fréquence assignée (Hz) v 50 v 60 Définition gradins N kvar séquence Niveau d isolement Tension la plus élevée pour le matériel U M kv Tension d essai à fréquence industrielle (50Hz- 1 mn) kv eff Tension d essai à l onde de choc (1,2 / 50 μs) kv crête Fusibles internes v Oui v Non Ligne de fuite des bornes v Standard fournisseur v Autre mm mm/kv v 16 v 20 v 25 v 31 Résistances de décharge internes V/min v 75/10 v 50/5 Température Max. ( C) v 40 v 45 v 50 v 55 Min. ( C) v -25 v autre Gradient v Standard fournisseur v Autre V/μm 77

80 Guide de Conception Equipements complémentaires Relais de déséquilibre Relais Seuils Montage Type v v Standard fournisseur v Autre v Déclenchement v Alarme et déclenchement v Livré séparément v Dans batterie v Dans coffret ou armoire avec la partie contrôle commande Selfs anti harmoniques v Type v Imprégné résine v Enrobé résine v Immergé huile v Air v Mono v Tri Installation v Intérieure v Extérieure v Dans cabine v Hors cabine Rang d accord TP mesure v Tension assigné (V/V) (primaire/ secondaire) Fonction de décharge v Oui v Non Quantité v 2 v 3 TC protection v Puissance (VA) Classe de précision v 5P v 3P Nombre de phases protégées v 1 v 2 v 3 Interrupteur de manœuvre v Type v Disjoncteur v Contacteur Technologie de coupure v SF6 v Vide Fusibles v Dispositif de protection contre la marche en monophasé v Self de choc v TP décharge rapide v 78

81 Guide de Conception Equipements complémentaires Parafoudres (par défaut un par phase) v Sectionneur de ligne v Sectionneur de mise à la Terre (SMALT) v Type v Tripolaire v Pentapolaire Raccordement SMALT v Côté câble v Côté batterie Quantité v 1 par gradin v 1 global Sectionneur Combiné (Sectionneur de ligne et SMALT) v Raccordement SMALT v Côté câble v Côté batterie Interverrouillage v v Schema standard du fournisseur v Autres, à définir Contrôle - Commande v Nombre de gradins à contrôler Installation v Coffret v Armoire v Dans batterie Régulateur v Oui v Non Type v NR6/NR12 v NRC12 Séquence Com. Modbus v Oui v Non Mesure U (V) Mesure I (A) v 1 A v 5 A Relais protection Fonctions v Déséquilibre v Sur intensité v Sur tension v Autre : Type Quantité v Par gradin v Global Fonction Auto / 0 / Manu v Oui v Non Voyants Par défaut R Présence tension aux. R ON / gradin R OFF / gradin R Alarme-déséquilibre-fusion fusible Autre Accessoires v Ventilation v Standard fournisseur v Autre Type Eclairage dans batterie v Oui v Non 79

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83 Compensation d énergie réactive et filtrage d harmoniques Guide technique Sommaire Rappels sur I énergie réactive 82 L énergie réactive Compensation de I énergie réactive Energie réactive et composants des réseaux Facteurs de puissance des appareils les plus courants Pourquoi compenser? 84 Avantages économiques Avantages techniques Diminution des pertes en ligne fonction de l amélioration du facteur de puissance Evaluation économique de la compensation Méthode de détermination de la compensation 86 Première étape : calcul de la puissance réactive Deuxième étape : choix du mode de compensation Troisième étape : choix du type de compensation Quatrième étape : comment tenir compte des harmoniques Commande des batteries de condensateurs 90 Caractéristiques générales de l appareillage Type d appareillage Enclenchement des batteries de condensateurs Tableau des valeurs caractéristiques à l enclenchement des condensateurs Déclenchement des batteries de condensateurs Appareillage utilisé pour la commande des condensateurs Caractéristiques des appareillages MT Protection et schémas des batteries de condensateurs 93 Les condensateurs Batterie triangle Batterie en double étoile Cas types de compensation 94 Compensation des moteurs asynchrones en MT Compensation des transformateurs en MT Définitions et terminologies des condensateurs 96 81

84 Guide technique Rappels sur l énergie réactive L énergie réactive Dans un circuit électrique, la puissance active P est la puissance réelle transmise aux charges telles que moteurs, lampes, fours, radiateurs, ordinateurs La puissance active électrique est transformée en puissance mécanique, en chaleur ou en lumière. L unité physique est le watt (W), les multiples kilowatt (kw) ou mégawatt (MW) étant utilisés par commodité. Dans un circuit où la tension efficace appliquée est U rms et où circule un courant efficace I rms, la puissance apparente S est le produit U rms x I rms. La puissance apparente est alors la base du dimensionnement de l équipement électrique. Un appareil (transformateur, cable, interrupteur ) doit être conçu en fonction des valeurs efficaces des tensions et courants. L unité physique pour la puissance apparente est le volt-ampère (VA), les multiples kilo-volt-ampère (kva) ou méga-volt-ampère (MVA) étant utilisés par commodité. Le facteur de puissance λ est le rapport de la puissance active P (kw) sur la puissance apparente S (kva) pour un circuit donné. λ = P(kW)/S(kVA). Dans le cas particulier où le courant et la tension sont sinusoïdaux et déphasés d un angle φ, le facteur de puissance est égal à cosφ, appelé facteur de déplacement. Pour la plupart des charges électriques telles que les moteurs, le courant I est en retard sur la tension V d un angle φ. Dans la représentation vectorielle, le courant peut donc être décomposé en deux composantes : I a en phase avec la tension et appelée composante "active", I r en quadrature avec la tension et appelée composante "réactive". DE90086 DE90087 Le diagramme précédent établi pour les courants s applique aussi aux puissances, en multipliant chaque courant par la tension commune V. On définit ainsi : la puissance apparente : S = V x l (kva), la puissance active : P = V x l a = V x I x cosφ (kw), la puissance réactive : Q = V x l r = V x I x sinφ (kvar). L unité physique de la puissance réactive est le volt-ampère-réactif (var), les multiples kilo-volt-ampère-réactif (kvar), et méga-volt-ampèreréactif (Mvar) étant utilisés par commodité. Le courant réactif I r est la composante absorbée par les circuits magnétiques inductifs des machines électriques (transformateurs et moteurs). La puissance réactive est donc communément associée à la magnétisation des circuits magnétiques des machines. Ainsi, la source d alimentation doit fournir non seulement la puissance active P mais aussi la puissance réactive Q, résultant en une puissance apparente S. On utilise souvent la fonction tgφ qui est égale à : tgφ = Q(kvar)/P(kW). Sur une période de temps donnée, ce rapport est aussi celui des énergies réactive (W r ) et active (W a ) consommées : tgφ = W r (kvarh)/w a (kwh). Dans certains pays, ce rapport est utilisé pour établir la facturation de l énergie réactive. 82

85 DE90088 DE90089 Qr Q c Fig.1 : principe de la compensation d énergie réactive Energie active Avant compensation Transformateur Moteur Compensation de I énergie réactive La circulation de l énergie réactive a des incidences techniques importantes sur le choix des matériels, le fonctionnement des réseaux et, par conséquent, des incidences économiques. En effet, pour une même puissance active P utilisée, il faut fournir d autant plus de puissance apparente S que le cosφ est faible, c est-à-dire que l angle φ est élevé. Ainsi, la circulation de I énergie réactive sur les réseaux de distribution entraîne, du fait d un courant appelé trop important : des surcharges au niveau des transformateurs, des chutes de tension en bout de ligne, l échauffement des câbles d alimentation, donc des pertes d énergie active. Pour ces raisons fondamentales, il est nécessaire de produire l énergie réactive le plus près possible des moteurs et des transformateurs, pour éviter qu elle ne soit appelée sur le réseau. Pour éviter de sur-calibrer son réseau, le distributeur d énergie incite donc ses clients à améliorer le facteur de puissance, par une facturation de l énergie réactive au-delà d un certain seuil. Le principe de la Compensation d Energie Réactive est de générer la puissance réactive à proximité de la charge, de manière à soulager la source d alimentation. Des condensateurs sont le plus communément utilisés pour fournir de la puissance réactive. Sur la figure 1, la puissance réactive Q c fournie par des condensateurs permet de réduire la puissance apparente de la valeur S à la valeur S. Energie réactive et composants des réseaux Machines synchrones Ces machines ont une fonction de générateurs (d énergie active) lorsqu ils transforment l énergie mécanique en énergie électrique. Ce sont des moteurs dans le cas inverse. En agissant sur leur excitation, ces machines peuvent fournir ou absorber de l énergie réactive. Dans certains cas, la machine ne fournit aucune énergie active: c est le compensateur synchrone. Machines asynchrones Elles se différencient des précédentes, en particulier, par leur propriété d être toujours consommatrices d énergie réactive. Cette énergie est très importante: de 25 à 35 % de l énergie active à pleine charge, beaucoup plus à charge partielle. Le moteur asynchrone est universellement répandu. C est le principal consommateur d énergie réactive des réseaux industriels. Lignes et câbles Les caractéristiques inductives et capacitives des lignes aériennes et des câbles sont telles qu ils sont consommateurs d énergie réactive. Transformateurs Les transformateurs absorbent de l énergie réactive correspondant à environ 5 à 10 % de l énergie apparente qu ils transitent. Inductances Les inductances sont essentiellement consommatrices d énergie réactive. Les pertes d énergie active ne représentent qu un faible pourcentage de l énergie réactive (Q R ) consommée. Condensateurs Les condensateurs génèrent de l énergie réactive avec de très faibles pertes, d où leur emploi dans l application de compensation d énergie réactive (Q C ). DE90089 Energie active Après compensation Transformateur Puissance rendue disponible Energie réactive fournie par condensateur Moteur Facteurs de puissance des appareils les plus courants Appareil cos φ tg φ Moteur asynchrone chargé à 0 % 0,17 5,80 25 % 0,55 1,52 50 % 0,73 0,94 75 % 0,80 0, % 0,85 0,62 Lampes à incandescence 1 0 Lampes fluorescente non compensée 0,5 1,73 Lampes fluorescente compensée (0,93) 0,93 0,39 Lampes à décharge 0,4 à 0,6 2,29 à 1,33 Fours à résistance 1 0 Fours à induction avec compensation intégrée 0,85 0,62 Fours à chauffage diélectrique 0,85 0,62 Machines à souder à résistance 0,8 à 0,9 0,75 à 0,48 Postes statiques monophasés de soudage à l arc 0,5 1,73 Groupes rotatifs de soudage à l arc 0,7 à 0,9 1,02 à 0,48 Transformateurs-redresseurs de soudage à l arc 0,7 à 0,8 1,02 à 0,75 Fours à arc 0,8 0,75 83

86 Guide technique Pourquoi compenser? L amélioration du facteur de puissance d une installation, appelée compensation, présente de multiples avantages d ordre économique et technique. Avantages économiques Les avantages apportés par la compensation d énergie réactive sont tels qu ils permettent d obtenir très rapidement un retour sur l investissement consenti. Ces avantages sont les suivants : suppression de la facturation des consommations excessives d énergie réactive réduction de la puissance souscrite en kva, diminution de l énergie active consommée en kwh (réduction des pertes Joule). Avantages techniques Réduction de la chute de tension La circulation de courants réactifs est responsable de chutes de tension le long des lignes d alimentation. Celles-ci sont préjudiciables au bon fonctionnement des récepteurs même si la tension en tête de ligne est correcte. La présence d une batterie de condensateurs en bout de ligne en permettra la diminution. Le maintien relatif de la tension en bout de ligne est défini par la formule suivante : ΔU(%) X L xq/u² dans laquelle : X L : réactance de la ligne, Q : puissance réactive de la batterie de condensateurs, U : tension réseau. Diminution des pertes en ligne à puissance active constante Les pertes dues à la résistance des conducteurs sont intégrées dans la consommation enregistrée par les compteurs d énergie active (kwh). Elles sont proportionnelles au carré du courant transporté et diminuent au fur et à mesure que le facteur de puissance augmente. Le tableau ci-dessous donne, en fonction de l amélioration du facteur de puissance, le pourcentage de diminution des pertes en ligne. DE90090 Augmentation de la puissance active disponible au secondaire des transformateurs L installation de moyens de compensation aux bornes aval d un transformateur surchargé permet de dégager une réserve de puissance utilisable pour une extension éventuelle de l usine sans avoir à changer le transformateur et ainsi de différer un investissement important. Augmentation de la puissance active transportée par les lignes à pertes égales Un accroissement d activité oblige souvent à transporter une puissance active plus importante afin de satisfaire aux besoins énergétiques des récepteurs. La mise en place de batterie de condensateurs permettra l augmentation de la capacité de transport sans modification des lignes électriques existantes. Le graphique ci-dessous donne, en fonction de l amélioration du facteur de puissance. le pourcentage d augmentation de la puissance transportée à pertes actives égales. Augmentation de la puissance active transportée Exemple : si avant compensation, cosφ1 = 0,7 et après compensation cosφ2 = 0,9, on gagne 35 % de puissance transportée à pertes actives égales Diminution des pertes en ligne fonction de l amélioration du facteur de puissance Cosφ1 Diminution des pertes en ligne à puissance active constante en fct de cosφ2 (%) avant compensation Cosφ2 0,8 0,85 0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 0, , , , , , , , , , , réduction des pertes de 0 à 15% réduction des pertes de 15 à 30% réduction des pertes de 30 à 50% 84

87 Evaluation économique de la compensation L intérêt économique de la compensation est mesuré en comparant le coût d installation des batteries de condensateurs aux économies qu elles procurent. Coût des batteries de condensateurs Le coût des batteries de condensateurs dépend de plusieurs paramètres dont : le niveau de tension ; la puissance installée ; le nombre de gradins ; le mode de commande ; le niveau de qualité de la protection. Les condensateurs peuvent être installés soit en basse tension, soit en moyenne tension. On retiendra que : la compensation en moyenne tension devient économiquement intéressante lorsque la puissance à installer est supérieure à 800 kvar ; en deçà de cette valeur, la compensation se fera, si possible, de préférence en basse tension. Economies procurées Illustrons ceci sur l exemple ci-dessous d une installation comportant un transformateur 20kV / 400V de puissance 630 kva (puissance apparente nominale). Installation sans condensateur Caractéristique de l installation : P = 500 kw à cosφ = 0,75. Conséquences : - la puissance apparente S est égale à 667 kva, - le transformateur est surchargé d un facteur 667/630 soit environ 6 %, - la puissance réactive Q est égale à 441 kvar (cosφ = 0,75 correspond à tgφ = 0,882) et fait l objet d une facturation par le Distributeur d Energie, - le disjoncteur et les câbles sont choisis pour un courant total de 962 A, - les pertes dans les câbles sont proportionnelles au carré du courant soit (962) 2. Installation avec condensateur Caractéristique de l installation : P = 500 kw à cosφ = 0,928. Conséquences : - la puissance apparente S est égale à 539 kva, - le transformateur n est plus surchargé. On dispose d une réserve de puissance égale à 630/539 soit environ 17 %, - la puissance réactive Q est égale à 200 kvar (cosφ = 0,928 correspond à tgφ = 0,4). Cette puissance réactive fait l objet d une facturation réduite ou nulle par le Distributeur d Energie, - les pertes dans les câbles sont diminuées dans le rapport de (778) 2 /(962) 2 = 0,65 soit 35% de gain. L énergie réactive est fournie localement par une batterie de condensateur dont la puissance est de 240 kvar. 85

88 Guide technique Méthode de détermination de la compensation La détermination de la compensation d une installation s effectue en 4 étapes. Calcul de la puissance réactive. Choix du mode de compensation. - Globale pour l ensemble de I installation. - Par secteurs. - Individuelle par récepteur. Choix du type de compensation. - Fixe par mise en/hors service d une batterie fournissant une quantité fixe de kvar. - Automatique par mise en/hors service de "gradins" fractionnant la puissance de la batterie et permettant de s adapter au besoin de kvar de I installation. Prise en compte des harmoniques. Dans ce qui suit, nous développons ces différentes étapes. DE90091 Première étape : calcul de la puissance réactive Principe du calcul II s agit de déterminer la puissance réactive Q c (kvar) à installer afin d augmenter le facteur de puissance cosφ et réduire la puissance apparente S. Pour φ < φ, on aura: cosφ > cosφ et tgφ < tgφ. Ceci est illustré par la figure ci-dessous. Q R S S P a Q c Pour calculer Q c deux approches sont possibles, en fonction des données disponibles : calcul à partir des données de facturation ; calcul à partir des données électriques de I installation. Calcul à partir des factures L objectif est ici de supprimer la facturation appliquée par le distributeur d énergie. Pour cela procéder comme suit : considérer la consommation mensuelle d énergie réactive R en kvarh, évaluer la durée t de fonctionnement (en heures) pendant laquelle l énergie réactive est facturée au cours de ce mois. Les heures à prendre en compte sont les heures pleines et les heures de pointe, soit 16 h par jour, s il n y a pas de facturation de réactif pendant les heures creuses. Dans ces conditions, on prendra l estimation suivante de t pour les entreprises fonctionnant en : 1 fois 8 h ; t = 176 h (soit 22 jours), 2 fois 8 heures ; t = 308 h, 3 fois 8 heures ; t = 400 h. En déduire la puissance réactive à installer: Q c = R (kvarh) / t (heures) Calcul à partir des données de l installation Le calcul de la puissance à installer se fait à partir du cosφ ou de tgφ mesurés pour l installation. Le calcul de Q c peut se faire : directement à partir de la relation Q c = P x(tgφ-tgφ ) qui découle de la figure, avec - Q c : puissance de la batterie de condensateurs en kvar, - P : puissance active de la charge en kw, - tgφ: tangente de l angle de déphasage avant compensation, - tgφ : tangente de l angle de déphasage après compensation. par le tableau ci-dessous, en connaissant tgφ ou cosφ de l installation existante et tgφ ou cosφ que l on veut obtenir. Exemple : un moteur a une puissance nominale de 1000 kw et un cosφ de 0,8 (tgφ = 0,75). Pour obtenir cosφ = 0.95, il faut installer une puissance réactive en condensateurs égale à k x P soit : Q c = 0,421 x 1000 = 421 kvar Avant Puissance réactive (kvar) à installer par kw de charge pour obtenir l objectif cosφ ou tgφ compensation tgφ 0,75 0,620 0,484 0,456 0,426 0,395 0,363 0,329 0,292 0,251 0,203 0,142 0,000 cosφ 0,80 0,85 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,000 tgφ cosφ 2,29 0,4 1,541 1,672 1,807 1,836 1,865 1,896 1,928 1,963 2,000 2,041 2,088 2,149 2,291 2,16 0,42 1,411 1,541 1,676 1,705 1,735 1,766 1,798 1,832 1,869 1,910 1,958 2,018 2,161 2,04 0,44 1,291 1,421 1,557 1,585 1,615 1,646 1,678 1,712 1,749 1,790 1,838 1,898 2,041 1,93 0,46 1,180 1,311 1,446 1,475 1,504 1,535 1,567 1,602 1,639 1,680 1,727 1,788 1,930 1,83 0,48 1,078 1,208 1,343 1,372 1,402 1,432 1,465 1,499 1,536 1,577 1,625 1,685 1,828 1,73 0,5 0,982 1,112 1,248 1,276 1,306 1,337 1,369 1,403 1,440 1,481 1,529 1,590 1,732 1,64 0,52 0,893 1,023 1,158 1,187 1,217 1,247 1,280 1,314 1,351 1,392 1,440 1,500 1,643 1,56 0,54 0,809 0,939 1,074 1,103 1,133 1,163 1,196 1,230 1,267 1,308 1,356 1,416 1,559 1,48 0,56 0,729 0,860 0,995 1,024 1,053 1,084 1,116 1,151 1,188 1,229 1,276 1,337 1,479 1,40 0,58 0,655 0,785 0,920 0,949 0,979 1,009 1,042 1,076 1,113 1,154 1,201 1,262 1,405 1,33 0,6 0,583 0,714 0,849 0,878 0,907 0,938 0,970 1,005 1,042 1,083 1,130 1,191 1,333 1,27 0,62 0,515 0,646 0,781 0,810 0,839 0,870 0,903 0,937 0,974 1,015 1,062 1,123 1,265 1,20 0,64 0,451 0,581 0,716 0,745 0,775 0,805 0,838 0,872 0,909 0,950 0,998 1,058 1,201 1,14 0,66 0,388 0,519 0,654 0,683 0,712 0,743 0,775 0,810 0,847 0,888 0,935 0,996 1,138 1,08 0,68 0,328 0,459 0,594 0,623 0,652 0,683 0,715 0,750 0,787 0,828 0,875 0,936 1,078 1,02 0,70 0,270 0,400 0,536 0,565 0,594 0,625 0,657 0,692 0,729 0,770 0,817 0,878 1,020 0,96 0,72 0,214 0,344 0,480 0,508 0,538 0,569 0,601 0,635 0,672 0,713 0,761 0,821 0,964 0,91 0,74 0,159 0,289 0,425 0,453 0,483 0,514 0,546 0,580 0,617 0,658 0,706 0,766 0,909 0,86 0,76 0,105 0,235 0,371 0,400 0,429 0,460 0,492 0,526 0,563 0,605 0,652 0,713 0,855 0,80 0,78 0,052 0,183 0,318 0,347 0,376 0,407 0,439 0,474 0,511 0,552 0,599 0,660 0,802 0,75 0,80 0,130 0,266 0,294 0,324 0,355 0,387 0,421 0,458 0,499 0,547 0,608 0,750 0,70 0,82 0,078 0,214 0,242 0,272 0,303 0,335 0,369 0,406 0,447 0,495 0,556 0,698 0,65 0,84 0,026 0,162 0,190 0,220 0,251 0,283 0,317 0,354 0,395 0,443 0,503 0,646 0,59 0,86 0,109 0,138 0,167 0,198 0,230 0,265 0,302 0,343 0,390 0,451 0,593 0,54 0,88 0,055 0,084 0,114 0,145 0,177 0,211 0,248 0,289 0,337 0,397 0,540 0,48 0,90 0,029 0,058 0,089 0,121 0,156 0,193 0,234 0,281 0,342 0,484 86

89 DE90092 Deuxième étape : choix du mode de compensation Où installer les condensateurs? La localisation des condensateurs sur un réseau électrique est déterminée par : le but recherché (suppression des pénalités, soulagement des câbles, transformateurs..., relèvement du plan de tension), le régime de charge (stable ou rapidement variable), l influence prévisible des condensateurs sur les caractéristiques du réseau, le coût de l installation. La compensation de l énergie réactive peut être : globale, répartie par secteur, individuelle par récepteur. Il est plus économique d installer des batteries de condensateurs en moyenne et haute tension pour des puissances supérieures à environ 800 kvar. L analyse des réseaux des différents pays montre cependant qu il n y a pas de règle universelle. Réseau HT de distribution Compensation globale La batterie est raccordée en tête d installation à compenser et assure la compensation pour l ensemble de l installation. Elle convient lorsque la charge est stable et continue. Exemple ci-dessous : batterie HT sur réseau de distribution HT(1), batterie MT pour abonné MT (2), batterie BT régulée ou fixe pour abonné BT (3). Compensation par secteur La batterie est raccordée en tête du secteur d installation à compenser. Elle convient lorsque l installation est étendue et comporte des ateliers dont les régimes de charge sont différents. Exemple ci-dessous : batterie MT sur réseau MT (4), batterie BT par atelier pour abonné MT (5). Compensation individuelle La batterie est raccordée directement aux bornes de chaque récepteur de type inductif (notamment les moteurs). Elle est à envisager lorsque la puissance du moteur est importante par rapport à la puissance souscrite. Cette compensation est techniquement idéale puisqu elle produit l énergie réactive à l endroit même où elle est consommée, et en quantité ajustée à la demande. Exemple ci-dessous, banc de condensateurs BT (6). Réseau MT de distribution Transfo de distribution MT/BT Transfo MT/BT Transfo MT/BT JdB BT Abonné BT Abonné MT Abonné MT Synthèse localisations de compensation 87

90 Guide technique Méthode de détermination de la compensation Troisième étape : choix du type de compensation Les types de compensation MT Les batteries de condensateurs sont en dérivation sur le réseau. Elles peuvent être fixes ou automatiques. Compensation fixe L ensemble de la batterie est mis en service, avec une valeur fixée de kvar. C est un fonctionnement de type "tout ou rien". Les condensateurs sont d une puissance unitaire constante et leur mise en/hors service peut-être : manuelle, par disjoncteur ou interrupteur, semi-automatique par contacteur, asservie aux bornes de récepteurs inductifs (moteurs ou transformateurs). Ce type de compensation est utilisé : lorsque leur puissance réactive est faible (< 15 % de la puissance du transformateur amont) et la charge relativement stable, sur les réseaux de transport HT, THT pour des puissances pouvant atteindre 100 Mvar. Compensation automatique Les batteries sont fractionnées en "gradins" avec possibilité de mettre en service ou hors service plus ou moins de gradins en général de façon automatique. C est un "ajustement automatique" aux besoins. Ces batteries sont très utilisées par certaines grosses industries (forte puissance installée) et les distributeurs d énergie dans les postes sources. Elle permet une régulation pas à pas de l énergie réactive. Chaque gradin est manœuvré avec un interrupteur ou un contacteur à coupure dans le SF6. L enclenchement ou le déclenchement des gradins de condensateurs peut être piloté par des relais varmétriques. Pour cela, un transformateur de courant doit être placé en amont des récepteurs et des batteries. Quatrième étape : comment tenir compte des harmoniques Les courants harmoniques circulent dans une installation en raison de la présence de récepteurs non linéaires (ex. variateurs de vitesse, onduleurs, fours à arc, éclairage). La circulation des courants harmoniques dans les impédances du réseau crée des tensions harmoniques. On mesure l importance de la perturbation harmonique sur un réseau par : le taux individuel u(%) des tensions harmoniques, qui donne une mesure de l importance de chaque harmonique par rapport au fondamental. Pour l harmonique de rang h ce taux est : u(%) = 100xU h /U 1 où U h est la tension harmonique de rang h au point considéré et U 1 la tension fondamentale ; le taux global de distorsion en tension THD U (%) qui donne une mesure de l influence thermique de l ensemble des harmoniques. THD (%) U = 100x H U 2 h 1 U 1 H est généralement limité à 40. De la même manière on définit un taux individuel et une distorsion en courant. En général, on considère que le niveau de perturbation harmonique est acceptable dans une installation tant que le taux de distorsion en tension ne dépasse pas 8 % en valeur globale, selon CEI Effets des harmoniques sur les condensateurs Absorption de courants harmoniques Les condensateurs ne génèrent pas d harmoniques de courant mais y sont très sensibles. L impédance d un condensateur Z c = 1/Cω = 1/C2πf décroît lorsque la fréquence augmente. Elle offre ainsi, d une certaine façon, une moindre résistance face à un courant harmonique en cas de distorsion de tension. Ceci se traduit par une augmentation du courant dans le condensateur. Risque de résonance La présence d un condensateur dans un réseau peut amplifier certains rangs d harmoniques. Ceci est lié à un phénomène de résonance dont la fréquence est fonction de l impédance du réseau (ou de sa puissance de court-circuit). La fréquence de résonance (fréquence propre) est égale à : f propre = S cc Q xf S cc : puissance de court-circuit en kva. Q : puissance de la batterie de condensateur en kvar. f : fréquence d alimentation. La résonance sera d autant plus marquée que f propre est proche de celle d un des harmoniques présents. La surcharge en courant appliquée provoquera l échauffement puis le vieillissement prématuré du condensateur. 88

91 Solutions pour limiter les contraintes dues aux harmoniques surdimensionnement des liaisons du condensateur au réseau : câbles, lignes, appareillages, devront être dimensionnées à au moins 1.43 Ic, valeur du courant assigné à 50 Hz du condensateur, surdimensionnement en tension des condensateurs, utilisation de selfs anti-harmoniques associées aux condensateurs surdimensionnés. En MT, la self anti-harmonique associée en série avec le condensateur est calculée en général pour constituer un ensemble accordé à 215 Hz (50 Hz) ou 260 Hz (60 Hz). Cette fréquence ne correspondant à aucun rang d harmonique, ceci permet de réduire à la fois les surtensions harmoniques aux bornes du condensateur résultant de la résonance, et les courants de surcharge traversant le condensateur. Solutions pour respecter le taux admissible de distorsion dans un réseau Indépendamment de leur effet sur les condensateurs, la présence d harmoniques dans un réseau génère un taux de distorsion en tension. Le fournisseur d énergie limite les valeurs du taux de distorsion acceptable au point de livraison en dessous d un certain seuil. Cela conduit à limiter, en aval du transformateur, la THD U à 5 %. Si ces valeurs ne sont pas atteintes, la mise en œuvre de dispositifs d atténuation est nécessaire. Le choix de ces dispositifs dépend des caractéristiques de l installation, de la puissance des générateurs d harmoniques, du besoin de compensation d énergie réactive. Des logiciels de calcul sont utilisés pour déterminer la solution optimale. Choix de la solution Outre le surdimensionnement systématique des liaisons, les autres dispositions à prendre dépendent de la comparaison entre : G h : puissance totale en kva de tous les appareils générateurs d harmoniques (convertisseurs statiques, onduleurs, variateurs de vitesse). Si la puissance est connue en kw, diviser par 0,7 pour estimer G h en kva. S cc : puissance de court-circuit du réseau (kva). S n : puissance du ou des transformateurs amonts. Si plusieurs transformateurs sont en parallèle, tenir compte de l arrêt éventuel d un transformateur. Le choix est résumé dans le tableau ci-dessous. Ces recommandations s appliquent essentiellement aux réseaux industriels. G h S cc / 120 S cc / 120 < G h < S cc / 70 S cc / 70 < G h S cc / 30 Equipement Equipement Equipement avec standard avec condensateurs avec SAH surdimensionnés et condensateurs 1,2 x U N surdimensionnés Une approche complémentaire consiste à s appuyer sur le type d application industrielle décrite dans ce tableau : Activité Procédés mis en jeu Installation typique Standard Surdim. SAH Textile Tissage, impression, induction Papeterie Roulage, pompage Imprimerie Impression, photogravure, enregistrement Chimie, Pharmacie Dosage, salles blanches, filtration, concentration, distillation Plastique Extrusion, thermoformage Verre, Céramique Laminage, four Sidérurgie Fours à arc, laminoirs, tréfilage, découpage, pompage Métallurgie Soudage, emboutissage, fours, traitements de surfaces Automobile Soudage, emboutissage Cimenterie Fours, broyage, convoyage, levage, ventilation, pompage Mines, Carrières Convoyage, broyage, levage Raffineries Ventilation, pompage, distillation 89

92 Guide technique Commande des batteries de condensateurs Caractéristiques générales de l appareillage Les appareils utilisés sont définis par les critères de choix suivants tension et courant assignés, courant d enclenchement, pouvoir de coupure capacitif, pouvoir de fermeture, nombre de manœuvres. Des précautions sont à prendre concernant : Le pouvoir de coupure capacitif (ka eff.). Le problème résulte de l existence, après coupure, d une tension de réamorçage égale à la différence entre la tension du réseau, et la tension de charge des condensateurs. L appareil devra être capable de s opposer à ce réamorçage. Le pouvoir de fermeture (ka crête) qui devra permettre de supporter les courants d enclenchements. Type d appareillage Le choix de l appareillage est fonction des critères électriques mais surtout du type d utilisation des batteries. Plusieurs possibilités existent : Sectionneur. Sans pouvoir de coupure il ne sera utilisé que pour la manœuvre hors tension de la batterie. Il nécessite l emploi d un appareil de protection (fusible ou disjoncteur). Interrupteur. II n a qu un pouvoir de coupure limité à In, un pouvoir de fermeture modeste et ne permet pas un nombre élevé de manœuvres. Aussi, on l utilisera surtout dans le cas de batteries dites fixes. Contacteur. II permet un nombre de manœuvres très important, mais est limité à 12 kv. On peut le coordonner avec des fusibles à haut pouvoir de coupure (HPC). Disjoncteur. On utilisera cet appareil très performant en protection générale des batteries de grandes puissances. Enclenchement des batteries de condensateurs La mise sous tension d une batterie Q c, (fixe ou gradins) s accompagne de régimes transitoires en courant et en tension. Une surintensité d enclenchement de courte durée ( 10 ms) apparaît. Sa valeur crête et sa fréquence, en général élevées, dépendent des caractéristiques du réseau amont et du nombre de batteries. Selon le cas, il faudra ou non insérer une self de choc pour limiter cette surintensité à la tenue crête des condensateurs, soit : I crête maxi 100 I N, (I N : courant assigné de la batterie Qc) ou à une valeur inférieure si l appareillage de manœuvre a des caractéristiques limitées. En cas de batterie unique, la surintensité est en général de 10 à 30 I N, mais pour S cc élevée et Q c faible elle peut excéder la limite et nécessiter une self de choc. En cas de batteries en parallèle, soit identiques (système régulé), soit de valeurs différentes (compensation de plusieurs moteurs), la surintensité sera très élevée et devra être limitée. Tenir compte dans ce choix du nombre de manœuvres possibles avec le courant donné. 90

93 Tableau des valeurs caractéristiques à l enclenchement des condensateurs Batterie fixe Batterie en gradins (identiques) DE90093 U 3 L o C DE n+1 l l l C C C L o = inductance de C/C du réseau n gradins enclenchés quand S cc = 3 U I cc on enclenche le n+1 ème avec U/ 3 = L o ωi cc = U 2 /L o ω l = inductance de liaison (0.5μH/m) Puissance batterie Q = U 2 Cω = 3UI capa Q = U 2 Cω = 3UI capa ; Q = Puissance de chaque gradin Courant crête I e = 1 x 1 x I 2 I capa e = 2 xux n x C de fermeture L o C ω 3 n+1 l I e = I capa 2 S x cc I I f e = capax 2 x n x propre H Q n+1 f U 2 réseau h 1 Fréquence propre f e = 1 f e = 1 2π L o C 2π lc U 1 Cœfficient 2 (n+2)/(n+1) surtension réseau Coefficient 2 2n/(n+1) surtension batterie Inductance de choc En général, pas besoin d inductance En général, besoin d inductance de choc de choc (sauf si S cc élevée et Q faible) Calcul inductance de choc L 10 x 2Q U 2 ω 3 I crête max S cc L (μh) - Q (Mvar) - S cc (MVA) I crête max (ka)* H U 2 h 1 * I crête max est la plus petite des 2 valeurs d enclenchement suivantes : le courant crête maximum de la batterie (soit 100xI capa ) U 1 le courant crête maximum de l appareillage I encl. max. Nota : dans le cas de gradins n ayant pas les mêmes puissances, nous consulter L 2.10 xq x n x ω n+1 I crête max L (μh) - Q (Mvar) - S cc (MVA) I crête max (ka)* H U 2 h 1 U 1 Exemple 1 : batterie fixe de 250 kvar sous une tension composée de U = 5,5 kv alimentée par un réseau de puissance de court-circuit maximal S cc = 250 MVA. L 0 = 386 μh. C = 26,3 μf. I capa = 26,2 A. I e = 1173 A. f e = 1581 Hz. Exemple 2 : batterie de 3 gradins de chacun 350 kvar sous une tension composée de U = 5,5 kv distants de 5 m de leur appareil de coupure associée. C = 36,8 μf. I capa = 36,7 A. sans inductance de choc l = 2,5 μh. I e = A!! f e = 16,5 khz. l inductance de choc L est donc obligatoire pour limiter I e à une valeur inférieure à 100 I capa soit : L = 50 μh. I e = 2508 A. f e = 3619 Hz. 91

94 Guide technique Commande des batteries de condensateurs Déclenchement des batteries de condensateurs La mise hors tension d un condensateur par un appareil de coupure se fait précisément au passage à zéro du courant, lequel coïncide avec la tension au maximum instantané. D une part, une escalade de surtension : 3 U, 5 U peut survenir si l appareil n a pas un rétablissement diélectrique rapide ; c était le cas des appareils à coupure dans l air ; ce phénomène a disparu avec les appareils au SF6. D autre part, le condensateur reste chargé à sa tension maximale. En cas de réenclenchement rapide, un phénomène transitoire accru va se produire. La norme CEI impose un dispositif de décharge des condensateurs afin que la tension aux bornes ne dépasse pas 75 V, 10 minutes après déconnexion. Une décharge quasi-instantanée peut être obtenue en utilisant des inductances de décharge ; toutefois, ce système a une limite fixée à 3 décharges consécutives suivies par un repos de 2h00, compte tenu de l échauffement des inductances. Ceci devra être bien évalué lors de l utilisation de batteries ayant des cadences élevées. Appareillage utilisé pour la commande des condensateurs On choisit des interrupteurs pour les batteries à faible cadence de manœuvres (au plus 2 manœuvres par jour) ; au-delà on utilise des contacteurs. Pour les batteries plus puissantes (couplées en double étoile), l interrupteur ou disjoncteur au SF6 est l appareil le plus approprié. Tout I appareillage de commande devra être dimensionné à 1,43 fois le courant nominal de la batterie de condensateurs. On devra respecter les valeurs de courants capacitifs coupés données par le constructeur (cf. tableau ci-dessous). Caractéristiques des appareillages MT Appareil Pouvoir de coupure Courant assigné Courant capacitif coupé SF1 25 ka/36 kv 400 à 1250 A 280 à 880 A SF2 40 ka/40.5 kv 630 à 3150 A 440 à 2200 A contacteur Rollarc R ka/7.2 kv 400 A 240 A 8 ka/12 kv 92

95 Guide technique Protection et schémas des batteries de condensateurs Les condensateurs Le condensateur est un composant sûr, s il est utilisé dans les conditions pour lesquelles il est conçu et fabriqué. Il est constitué à partir d éléments mis en série pour tenir la tension, et mis en parallèle pour obtenir la capacité voulue. Il existe actuellement deux types de condensateurs: avec ou sans fusible interne. Condensateurs sans fusible interne La défaillance du condensateur est le résultat du claquage d un élément interne. Le défaut d un élément se traduit par la mise en court-circuit d un groupe en série et donc l élévation de la tension sur les autres groupes en série. N ayant pas de dispositif de protection à l intérieur du condensateur, le défaut ne sera éliminé que par la coupure de la batterie ou la séparation du circuit du condensateur défectueux. Condensateurs avec fusibles internes Chaque élément est protégé par un fusible. Dans ce cas, tout défaut d un élément sera éliminé. Le circuit défectueux sera isolé. Il s en suit une faible variation de la capacité et la tension se répartira sur les éléments sains en série. Le réglage du relais de déséquilibre sera tel que la perte d éléments d un même groupe en série provoque le déclenchement de la batterie lorsque la surtension résultante dépasse les limites déterminées par la norme (CEI 60871). La protection par fusibles internes augmente la disponibilité des batteries de condensateurs car la perte d un élément ne conduit pas systématiquement au déclenchement de la batterie. DE90095 Batterie triangle Ce schéma sera utilisé pour les tensions d isolement 7,2 kv et 12 kv. La puissance maximale est de 900 kvar en triphasé (2 condensateurs en parallèle). Au-delà on pourra utiliser des condensateurs monophasés jusqu à 4000 kvar. Ce type de schéma convient bien à la compensation des moteurs MT ainsi que pour la compensation globale automatique jusqu à 12 kv. Protection Une protection contre les surintensités est réalisée par fusibles HPC. Important : on choisira des fusibles HPC avec un calibre au minimum de 1,7 fois le courant nominal de la batterie. Dans ce type de schéma, on n utilisera jamais de condensateurs avec fusibles internes, car le pouvoir de coupure des fusibles internes n est pas prévu pour les courants de court-circuit des réseaux. Batterie en double étoile Schéma batterie en double étoile DE90094 Schéma batterie triangle Pour toutes puissances, la batterie est divisée en deux étoiles permettant de détecter un déséquilibre entre les deux neutres par un relais approprié. Ce type de batterie permet l utilisation de condensateurs avec ou sans fusibles internes. On peut la concevoir pour tout type de réseau jusqu aux réseaux THT. Le principe du montage reste toujours le même : pour atteindre des niveaux de tension de 100 kv, 200 kv, on montera en série un nombre suffisant de condensateurs MT. On utilisera donc ce schéma pour les grandes puissances à installer, essentiellement en batteries fixes. Des gradins régulés sont toutefois utilisés par certains distributeurs d énergie avec des puissances allant jusqu à 8 Mvar sous 36 kv commandés par un interrupteur spécial pour condensateurs. Protection La protection est assurée par un relais de déséquilibre détectant un courant circulant dans la liaison entre les deux neutres des étoiles. Le courant de déséquilibre est inférieur à 1 A en général. La valeur de réglage sera donnée après calcul pour chaque batterie. Le seuil de réglage est donné par le constructeur. Il dépend de la structure interne de la batterie (association série et parallèle de condensateurs unitaires) et de la présence ou non de fusibles internes de protection des condensateurs. La temporisation est de l ordre de quelques dixièmes de seconde. En plus de cette protection, il faut prévoir des protections de surcharges sur chaque phase. Le réglage sera fait à 1,43 fois le courant nominal de la batterie. 93

96 Guide technique Cas types de compensation Compensation des moteurs asynchrones en MT Risque d auto-excitation des moteurs asynchrones en présence de condensateurs Lorsqu un moteur entraîne une charge de grande inertie, après coupure de la tension d alimentation, il peut continuer à tourner par son inertie. Il peut alors être auto-excité par la présence à ses bornes de condensateurs susceptibles de lui fournir l énergie réactive nécessaire à son fonctionnement en génératrice asynchrone. Cette auto-excitation provoque des surtensions supérieures à la tension maximale U m du réseau. Précautions à prendre contre ce risque Dans tous les cas où une batterie de condensateurs est installée aux bornes d un moteur, il y a lieu de s assurer que la puissance de la batterie est inférieure à la puissance nécessaire à l auto-excitation du moteur en respectant la règle suivante : Courant condensateur I c 0,9 x I o (courant à vide du moteur). On pourra estimer I o par le calcul approché suivant : I o = 2 x I n x (1 - cos φ n,) - I n = intensité nominale en charge du moteur - cos φ n = facteur de puissance du moteur en charge nominale. D autre part, dans toute installation comportant des moteurs à grande inertie et des batteries de condensateurs, l appareillage de commande des batteries devra être conçu de telle sorte qu en cas de manque général de tension, aucune liaison électrique ne puisse subsister entre ces moteurs et les condensateurs. Montage des condensateurs aux bornes des moteurs Règle pratique : le courant capacitif doit être inférieur à 90% du courant "à vide" du moteur. Cela revient à compenser seulement l énergie réactive du moteur "à vide", ce qui peut ne représenter que 50 % des besoins en charge. Avantage : cela ne demande qu un appareillage de manœuvre. Les réglages des protections devront tenir compte de la diminution du courant réactif fourni par le condensateur. La compensation complémentaire pourra être faite soit en MT au niveau global, soit en BT. Montage des condensateurs en parallèle avec commande séparée Dans le cas de moteur de forte puissance, pour éviter tout risque d auto-excitation ou bien dans le cas où le moteur démarre à l aide d un appareillage spécial (résistances, inductances, autotransformateurs), les condensateurs ne seront enclenchés qu après le démarrage. On peut calculer la puissance réactive à fournir en fonction de l amélioration du facteur de puissance souhaitée. Attention : dans le cas où l on aurait plusieurs batteries de ce type dans le même réseau, il convient de prévoir des selfs de chocs car on se trouve dans le même cas qu un systéme dit "en gradin". DE90096 DE90097 Puissance nominale Vitesse de rot. nominale (tr/mn) (kw) Valeur en kvar de la compensation maximale réalisable aux bornes des moteurs sans risque d autoexcitation Montage des condensateurs aux bornes des moteurs Montage des condensateurs en parallèle avec commande séparée C Selfs de choc éventuelles 94

97 Compensation des transformateurs en MT La puissance assignée d un transformateur est donnée en puissance apparente (kva). Plus la tg φ est grande (ou cos φ petit), plus la puissance active disponible pour un transformateur est faible. Transformateur et installation sont donc mal optimisés. Le branchement de condensateurs aux bornes MT du transformateur présente donc deux avantages : compenser les pertes magnétiques et soulager l installation amont. Ceci est particulièrement intéressant car le transformateur reste généralement sous tension en permanence. Pour les valeurs de puissance réactive à compenser, voir tableau ci-dessous. augmenter la puissance active disponible au secondaire du transformateur. II est intéressant, en cas d extension en cours ou à venir, d améliorer le facteur de puissance et éviter ainsi d investir dans un nouveau transformateur. Puissance apparente Tension primaire Tension secondaire Tension de Puissance réactive (MVA) (kv) (kv) court-circuit à compenser U cc (%) hors charge (kvar) 2, à 16 6, à 16 6,5 50 3, à à à à à 16 7, à 16 7,5 80 6,3 10 à 36 3 à 20 8, à 36 3 à 20 8, à 36 3 à 20 8, ,5 10 à 36 3 à 20 9, à 36 3 à 20 10, à 36 3 à à 36 3 à 20 12, ,5 10 à 36 3 à 20 13, à 36 3 à 20 15,

98 Guide technique Définitions et terminologies des condensateurs Domaine d application Les normes (CEI 60871) s appliquent aux condensateurs unitaires et aux batteries de condensateurs destinés en particulier à être utilisés pour corriger le facteur de puissance des réseaux à courant alternatif dont la tension assignée est supérieure ou égale à V, de fréquence égale à 16 2/3, 50 ou 60 Hz. Elément 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 condensateurs 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. Coupe-circuit interne d un condensateur Coupe-circuit ou fusible monté à l intérieur d une unité et connecté en série avec un élément ou un groupe d éléments. Dispositif de décharge d un condensateur Dispositif pouvant être incorporé dans le condensateur et capable de ramener pratiquement à zéro, dans un temps spécifié, la tension entre les bornes de celui-ci lorsque le condensateur a été déconnecté du réseau. Capacité assignée (C n ) Valeur de la capacité pour laquelle le condensateur a été conçu. Puissance assignée d un condensateur (Qn) Puissance réactive déduite des valeurs assignées : la capacité, la fréquence et la tension (ou le courant). Tension assignée d un condensateur (U n ) Valeur efficace de la tension alternative pour laquelle le condensateur a été conçu. Fréquence assignée d un condensateur (F n ) Fréquence pour laquelle le condensateur a été conçu. Courant assigné d un condensateur (I n ) Valeur efficace d un courant alternatif pour laquelle le condensateur a été conçu. Tension résiduelle Tension qui reste aux bornes d un condensateur pendant un certain temps après sa déconnexion. Tension la plus élevée du réseau (U m ) Valeur la plus élevée de la tension efficace entre phases qui peut se présenter à un instant et en un point du réseau quelconque dans les conditions normales d exploitation. Cette valeur ne tient pas compte des variations temporaires de tension dues aux défauts ou aux déclenchements brusques entraînant la séparation des charges importantes. Tension la plus élevée pour le matériel Tension la plus élevée pour laquelle le matériel d un réseau est spécifié en ce qui concerne notamment son isolation. Cette tension doit être au moins égale à la tension la plus élevée du réseau auquel le matériel est destiné. Niveau d isolement Le niveau d isolement d un matériel est défini, dans la situation présente, comme l énoncé des valeurs de sa tension de tenue au choc et de sa tension de tenue à fréquence industrielle. 96

99 Guide technique 97

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