Introduction
La qualité de l’onde de nos installations électriques est depuis quelques années un sujet incontournable dans le monde industriel. Que ce soit dans le but de minimiser les couts énergétiques relié à une exploitation, de veiller au bon fonctionnement du réseau électrique et de ses composantes ou de maximiser l’utilisation de l’énergie disponible, les électriciens, ingénieurs, consultants travaillent de concert à maximiser l’utilisation de l’énergie disponible. Le facteur de puissance, les harmoniques, le papillotement, les problèmes de débalancement de phases sont tous des sujets propres à la qualité de l’onde.
La problématique
Comment peux t’on économiser quelques dollars tout en garantissant une utilisation optimale de notre électricité ? Voilà une question que plusieurs se posent ! Le facteur de puissance est un des premiers aspects qu’il faut mesurer et améliorer si nécessaire.
Des grands producteurs d’énergie tels qu’Hydro-Québec imposent une pénalité lorsque le facteur de puissance d’un client de type commercial se trouve en dessous de la limite des 90%. Cela implique des couts parfois démesurés pour certains utilisateurs. Une des solutions des plus actuelles est d’installer des correcteurs de facteur de puissance.
Les charges
Le facteur de puissance est un indice sur l’efficacité de la puissance utilisée par une installation. Les charges utilisées en usine sont classées en trois types, résistives, inductives et capacitives. Des charges résistives tels que des éléments de four n’ont pas d’impact sur le facteur de puissance car le courant et la tension sont en phase (voir figure 1), c.à.d. se suivent dans le temps.
Par contre, des charges inductives tels que des moteurs, transformateurs et quelques charges lumineuses créent un retard entre la tension et le courant, ce retard implique un déphasage de 90º ce qui a pour impact de réduire le facteur de puissance. Bref, plus nous avons des moteurs dans une usine, moins bon sera notre facteur de puissance. Les charges capacitives telles que des condensateurs font aussi apparaitre un déphasage, cette fois-ci opposée à celui des charges inductives. (Voir figure 2 et 3).
Le triangle des puissances
Le facteur de puissance égal au cosinus du déphasage entre le courant et la tension.
Donc, La puissance apparente S se calcule de la sorte
Le facteur de puissance se calcule en degrés. Soit l’angle φ (phi)
La solution
La solution est de compenser pour la baisse du facteur de puissance par l’installation de charges capacitives. Le facteur
de puissance est donc un indice sur la manière dont nous consommons notre électricité, il inscrit un rapport entre
l’énergie utilisée (Watt) et l’énergie disponible (VA).
Plusieurs techniques s’offrent à nous lorsqu’il est temps d’installer un correcteur de facteur de puissance. Le choix entreune technologie fixe ou automatique dépendra de l’application. Prenons l’exemple d’une usine qui possède un moteur de 500HP, la manière la plus efficace de corriger le F.P. est de connecter un condensateur de type fixe situé proche de la source. Dans le cas d’une station de pompage ayant 3 ou 4 moteur de 500HP, il est préférable d’installer un système automatique de correction ayant 3 ou 4 étapes. Cela implique l’utilisation d’un contrôleur intelligent et de contacteurs qui serviront de commutateur d’étapes de condensateur. Cette technologie offre une flexibilité incomparable, la banque de condensateur sera automatique et autonome ce qui nécessite peu d’intervention humaine.
Il faut cependant porter une attention particulière aux problèmes de résonnance. L’installation d’une banque de condensateurs nécessite quelques analyses dans certains cas. Les harmoniques se trouvant dans un réseau ou usines peuvent se voir amplifiées. Dans ce cas, il faut veiller à dé-syntoniser la banque de condensateur afin de ne pas tomber en résonnance.
La résonnance et les harmoniques font aussi partie des problèmes fréquents que l’on retrouve dans les usines, un futur article détaillera ces problèmes faisant partie la qualité de l’onde.
M. Othmane Alaoui, ing. est directeur des produits, qualité de l’onde, chez ABB, à Lachine. On peut le rejoindre à :
Tél. 514-420-3100, poste 3260, ou par son cellulaire à 514-651-4833.
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