L’usine a besoin de corriger son facteur de puissance : comment choisir la solution qui lui garantira les économies escomptées par l’ajout de condensateurs ? La compensation à l’aide de condensateurs est encore la méthode préconisée par les secteurs industriel et commercial. Ces unités de correction sont une source substantielle d’économie d’argent et d’énergies; une solution qui se finance d’elle-même !
Le facteur de puissance a été le sujet du premier article (septembre, 2011) de cette série sur la qualité de l’onde. Il a été mis en évidence que plus les moteurs sont nombreux, moins le facteur de puissance sera bon. Conséquemment, est généré une augmentation des pertes RI2 ainsi qu’une sur-utilisation des transformateurs. Des composantes capacitives qui inversent le phénomène permettent de ramener le facteur de puissance à un taux avoisinant les 90 à 98%.
Le présent article porte sur les techniques de correction actuellement disponibles sur le marché. Nous évaluerons l’utilisation de condensateurs, de batteries fixes, de banques de condensateur et de compensateurs dynamiques en fonction de leurs utilisations.
Le condensateur simple
Le condensateur est le principal élément utilisé pour la correction du facteur de puissance tel qu’expliqué dans le premier article. L’utilisation de simples condensateurs est idéale pour compenser localement le F.P.
Dans une usine dont la principale source d’un mauvais facteur de puissance serait un moteur de 400HP et qui subirait une pénalité mensuelle lorsque le F.P est, par exemple, en bas des 90%, la solution la plus efficace serait l’installation d’un condensateur en parallèle avec le moteur.
Cette solution s’avère très peu dispendieuse et est surtout très efficace. En règle générale, la compensation est optimale près des charges perturbatrices. Cependant, les risque de résonnance liés à l’installation de condensateur est présent, il faut prévenir tout risque par des analyses de réseau lorsque plusieurs condensateurs sont sur la ligne. Dans le cas où plusieurs condensateurs doivent être installés, il faut prendre aussi en considération que les frais reliés à l’installation et l’entretien peuvent être élevés.
La batterie de condensateurs
Lorsque la demande dépasse un certains nombre de kilo var, l faut regrouper plusieurs condensateurs ensembles. Nous trouvons dans l’industrie divers types de banc de condensateurs classifiés selon le mode d’opération fixes ou automatiques. Le choix du type de système dépend principalement de son utilisation et du budget.
La batterie fixe
La banque fixe est tout simplement le raccord en parallèle de plusieurs condensateurs. Puisque les normes canadiennes limitent la puissance des condensateurs à environ 120Kvar à 600V, il est important que de fournir une solution procurant plus de capacité.
Dans le cas d’une usine ayant des variations de charge minimale et une demande en capacité de 500kvar, l’installation d’un banc fixe de cinq condensateurs de 100KVAR serait idéale. Cependant, l’utilisation de banc fixe n’est pas toujours conseillée lorsque la demande en KW ou KVAr est instable. Le risque d’être en situation de surcharge capacitive, c.à.d. que le facteur de puissance dépasse 100%, est grand. Dans une telle situation, les équipements (transformateurs, câbles, moteurs …) peuvent subir des dommages important.
La batterie automatique
La solution la plus commune dans le marché industriel est la batterie de condensateurs automatique. Cette dernière est composée de plusieurs étapes. Chaque étape est munie de fusibles de protection, d’un contacteur et d’un condensateur. Si la présence d’harmoniques est importante, ces bancs de condensateurs sont équipés de réactances. La pièce clef de cette batterie est le régulateur de facteur de puissance. Ce régulateur est l’interface qui détermine la demande en kvar sur le réseau. En comparant avec les valeurs ciblées, le régulateur contrôle l’activation des condensateurs.
Cette solution quoi que dispendieuse par rapport aux batteries fixes, a l’avantage de protéger les installations des risques de surcharge capacitive tout en garantissant une autonomie de fonctionnement. Le regroupement des charges représentent un autre. Effectivement, si, dans une usine possédant 10 moteurs de 500HP et un besoin de 100 kilo var par condensateur, les moteurs (1, 3, 5, 7 et 9) ne fonctionnent jamais en même temps que les moteurs (2, 4, 6, 8 et 10), nous pouvons suggérer l’installation d’une batterie de condensateur ayant 600Kvar de capacité au lieu de 1000Kvar. Nous pouvons ainsi diminuer le nombre d’étapes et par conséquent le cout d’achat d’un tel système.
Il est à noter qu’il y a plusieurs variantes à ces manières de corriger le facteur de puissance. Certains manufacturiers proposent l’utilisation de correcteur de facteur de puissance hybride, c-c-a-d ayant une partie fixe et une autre automatique.
Le compensateur dynamique
Il arrive parfois que les charges inductives à corriger commutent très rapidement. C’est le cas des soudeuses qui présentent généralement une demande en courant rapide (< 3 cycles). Étant donné que les banques automatiques sont dotées de contacteurs, ces derniers ne sont pas capables de commuter assez rapidement. L’une des solutions est de mettre en place un compensateur dynamique. Il s’agit d’une banque de condensateur munie de thyristors à la place des contacteurs. Les thyristors sont des interrupteurs que l’on peut commander. La rapidité de commutation en fait une composante de puissance parfaitement adaptée aux besoins des condensateurs. Cette solution est particulièrement intéressante pour compenser le facteur de puissance tout en garantissant la stabilité de la tension. Les soudeuses industrielles sont d’ailleurs souvent la cause de perturbation de la tension. En effet, lorsque les soudeuses sont en phase de conduction, la demande en ampère augmente de manière significative ce qui affecte du coup la tension.
M. Othmane Alaoui 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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