Calculateur de compensation du facteur de puissance
avec vérification de la résonance harmonique.

Comment le calculateur dimensionne la batterie de condensateurs

Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance active (kW, celle qui produit du travail) et la puissance apparente (kVA, ce que câbles et transformateur doivent transporter). Un facteur de puissance faible signifie que de la puissance réactive (kvar) circule dans les deux sens et charge le réseau sans produire de travail. Les condensateurs fournissent cette puissance réactive sur place, pour qu’elle n’ait plus à transiter par l’alimentation.

La puissance réactive que doit fournir la batterie est :

Q_C = P × (tan φ₁ − tan φ₂)

où P est la puissance active en kW, φ₁ = arccos(facteur de puissance actuel) et φ₂ = arccos(facteur de puissance visé). Par exemple, 500 kW à 0,78 portés à 0,95 demandent environ 237 kvar.

Le calculateur affiche aussi la puissance apparente et le courant de ligne avant et après compensation (I = S ÷ (√3 × V) en triphasé), ainsi que la capacité par phase. Pour une batterie triphasée, chaque phase fournit un tiers de Q_C ; un condensateur couplé en triangle voit la tension entre phases, un condensateur couplé en étoile la tension simple : l’étoile demande donc trois fois plus de capacité pour les mêmes kvar.

Pourquoi la cible est en général 0,95 et non 1,0

• Les tarifs d’électricité pénalisent souvent un facteur de puissance inférieur à un seuil, comme 0,9 ou 0,95. Vérifiez votre tarif : la cible rentable est celle que la facture récompense.
• La charge varie au fil de la journée. Une batterie fixe dimensionnée pour la pleine charge peut rendre le facteur de puissance capacitif la nuit, ce qui fait monter la tension. Les batteries automatiques enclenchent et déclenchent des gradins pour suivre la charge.
• Des gains décroissants. Passer de 0,95 à 1,0 exige beaucoup de kvar supplémentaires pour une faible réduction du courant.

La vérification de résonance : pourquoi condensateurs et harmoniques ne font pas bon ménage

Une batterie de condensateurs et le transformateur d’alimentation forment un circuit résonant parallèle. Son rang de résonance approximatif est :

h_r ≈ √( kVA_transfo ÷ ( Z_pu × kvar_batterie ) )

Si h_r tombe près du rang 5, 7, 11 ou 13, que les variateurs de vitesse et les redresseurs produisent en quantité, la batterie peut amplifier ces harmoniques au lieu de les absorber. Les symptômes : fusibles de condensateurs grillés, condensateurs qui surchauffent et distorsion de tension accrue après l’installation de la batterie. La réponse habituelle est une batterie désaccordée : des condensateurs avec des selfs en série qui déplacent la résonance sous le rang 5 (un choix courant est une self de 7 %, qui accorde la batterie vers 189 Hz sur un réseau 50 Hz, soit le rang 3,8).

Avant d’installer, mesurez le spectre harmonique sur le jeu de barres. Notre calculateur de THD et le guide harmoniques et facteur de puissance expliquent ce qu’il faut regarder.

Cos φ ou facteur de puissance vrai

Le calculateur travaille avec le facteur de déplacement (cos φ), la part due au déphasage entre tension et courant, que corrigent les condensateurs. Sur les sites qui comptent beaucoup de variateurs et de redresseurs, le facteur de puissance vrai est plus faible, car le courant harmonique ajoute de la puissance apparente sans aucun déphasage. Les condensateurs ne corrigent pas cette part ; les filtres harmoniques, si. Un compteur qui n’affiche qu’un seul facteur de puissance peut montrer l’un ou l’autre : vérifiez lequel avant de dimensionner une batterie.

Questions fréquentes

Combien de kvar faut-il pour 100 kW ?
Cela dépend du point de départ. De 0,70 à 0,95, il faut environ 69 kvar pour 100 kW ; de 0,80 à 0,95, environ 42 ; de 0,90 à 0,95, environ 16.

La compensation du facteur de puissance va-t-elle réduire ma facture d’énergie ?
Elle réduit les frais de puissance réactive et de puissance souscrite là où le tarif en prévoit, et diminue le courant et les pertes dans les câbles et les transformateurs. Elle ne réduit pas les kWh que consomment vos machines.

Batterie fixe ou automatique ?
Une batterie fixe convient à un gros moteur unique qui tourne à charge stable. Un site dont la charge varie au fil de la journée a besoin d’une batterie automatique à plusieurs gradins.

Vous préférez dimensionner la batterie sur une semaine de données réelles plutôt que sur un seul point de fonctionnement ? Parlez à un ingénieur Inspector.