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Cours : Compensation de l'énergie réactive Réalisé par : Mme AITOUARET Née CHEK

Cours : Compensation de l'énergie réactive Réalisé par : Mme AITOUARET Née CHEKKAL Samira 23/07/2017 Table des matières Objectifs 3 I - Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 4 1. Introduction .................................................................................................................................. 4 2. Compensation et contrôle de la tension ......................................................................................... 4 3. Rapports entre la puissance active, la puissance réactive, les niveaux de tension et l'angle de charge ................................................................................................................................................ 6 4. Compensation de l'énergie réactive ............................................................................................... 8 4.1. Capacité série .......................................................................................................................................... 8 4.2. Capacité shunt ......................................................................................................................................... 9 4.3. Réactance Shunt .................................................................................................................................... 10 4.4. Compensateurs synchrones ...................................................................................................................... 10 5. Intérêts de la compensation d'énergie réactive ............................................................................ 11 5.1. Suppression de la facturation des consommations excessives d'énergie réactive ............................................. 11 5.2. Réduction de la puissance souscrite (en kVA) ........................................................................................... 11 5.3. Diminution des pertes dans les conducteurs à “puissance active constante” .................................................. 11 5.4. Diminution des pertes dans les conducteurs à “puissance active constante” .................................................. 12 5.5. Augmentation de la puissance active transportée à “courant apparent constant” ........................................... 13 5.6. Diminution de la chute de tension ............................................................................................................ 13 6. Choix du mode de compensation ................................................................................................. 14 7. Installation des condensateurs ..................................................................................................... 14 7.1. Installation des condensateurs dans les postes THT/HT ............................................................................. 14 7.2. Installation des condensateurs MT ........................................................................................................... 16 II - Exercice 18 III - Activité d'auto-évaluation 19 Solution des exercices 21 Bibliographie 22 3 A l'issue de ce cours l'apprenant sera capable de : La maîtrise et la compréhension du contrôle de la puissance réactive et réglage de tension dans les réseaux électriques ; Prendre les mesures nécessaires afin d'éviter les disfonctionnements intempestifs du réseau pouvant aboutir à la rupture totale de fourniture de l'énergie électrique en mettant en œuvre les techniques et moyens modernes de compensation de l'énergie réactive. Objectifs Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 4 Introduction 4 Compensation et contrôle de la tension 4 Rapports entre la puissance active, la puissance réactive, les niveaux de tension et l'angle de charge 6 Compensation de l'énergie réactive 8 Intérêts de la compensation d'énergie réactive 11 Choix du mode de compensation 14 Installation des condensateurs 14 1. Introduction Le terme compensation est utilisé pour décrire l'insertion intentionnelle des dispositifs de la puissance réactive, capacitive ou inductive, à un réseau électrique pour obtenir un effet désiré. Cela peut inclure l'amélioration du profil de la tension, l'amélioration du facteur de puissance, l'augmentation des performances de la stabilité, et l'amélioration de la capacité de transmission. Les dispositifs réactifs sont connectés soit en série ou en parallèle (shunt). 2. Compensation et contrôle de la tension La figure 1.a montre un diagramme unifilaire d'un système à courant alternatif qui pourrait représenter en même temps un système monophasé ou une phase d'un système triphasé. La figure 1.b montre le diagramme de phase pour une charge inductive. Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation I Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 5 Fig III.1.a Modèle d'une ligne radiale avec compensateur Fig III.1.b Diagramme de phase sans compensation La charge peut être mesurée par son courant IR, mais dans les systèmes de puissance, c'est la puissance réactive Q de la charge qui est responsable de la chute de tension. À partir des figures 1.a et 1.b, math Où I est le courant de charge donné par l'expression math_02 Dans le cas où math_03 supposée comme l'origine des phases, on peut écrire math_04 La chute de tension ∆V ̅ a une composante ∆V_R en phase avec V ̅_R et une composante ∆V_X en quadrature avec V ̅_R. Ainsi, ∆V ̅ dépend de la puissance active et réactive de la charge. Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 6 En ajoutant une impédance de compensation ou un ' compensateur ' en parallèle à la charge, il est possible de maintenir |V ̅_R |=|V ̅_S | Sur la Figure 7, ceci est accompli avec un compensateur purement réactif. La puissance réactive de la charge est remplacée par la somme Q_s=Q_R+Q_C , (Q_C la puissance réactive du compensateur) est ajustée de façon à pivoter la phase de ∆V ̅ jusqu' à |V ̅ |=|V ̅ |. R S Des équations (1) et (3), math_07 Un compensateur purement réactif peut éliminer des variations de tension provoquées par des changements des puissances active et réactive de la charge. Pourvu que la puissance réactive du compensateur Q_C puisse être commandée sans difficulté sur une plage suffisamment grande (à la fois en retard et en avance) et à un taux adéquat, le compensateur peut jouer le rôle d'un régulateur idéal de tension. Un compensateur peut être utilisé pour la correction du facteur de puissance. Par exemple, si ce dernier est corrigé à l'unité, Q_s=0 et Q_C=Q, la chute de tension peut être exprimée comme suit : math_08 Fig.III.2 Diagramme de phases d'une ligne compensée pour tension constante 3. Rapports entre la puissance active, la puissance réactive, les niveaux de tension et l'angle de charge supposant que la charge a un facteur de puissance en retard φ. La ligne ou le câble est représenté par son impédance et Rs est négligée (étant habituellement beaucoup plus petite que X_S). La chute de tension à travers la ligne de transmission est jX_S I_S et avec un déphasage de 90° en avance de I. Le diagramme de phases pour une ligne inductive est montré sur la figure 3. Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 7 L'angle entre est l'angle de charge δ et Aussi L'équation de la puissance math_15 et l'équation de la puissance réactive au récepteur est math_16 Évidemment, P=Ps=Pr, tant que les pertes de transmission sont négligeables. A l'extrémité de départ, math_17 Fig.III.3 Diagramme des phases pour une ligne inductive Alors math_18 De l'équation (6), l'équation (11) peut s'écrire sous la forme math_19 Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 8 Enfin math_20 4. Compensation de l'énergie réactive Les dispositifs réactifs sont connectés soit en série ou en parallèle (shunt). 4.1. Capacité série La capacité série est utilisée pour neutraliser une partie de la réactance inductive d'un réseau électrique. Cela est illustré dans la figure 4. À partir du diagramme vectoriel de la figure 5, on peut voir que la tension à la charge est plus élevée quand la capacité est insérée dans le circuit. Fig.III.4 Compensation avec capacité série Fig III.5 Diagramme vectoriel L'introduction de la capacité série dans un réseau réduit la réactance X, augmente la tension à la charge ainsi que la capacité de transmission de la ligne. La capacité série offre les avantages suivants dans le réseau : La tension améliorée ; La stabilité augmentée ; La puissance réactive contrôlée. Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 9 4.2. Capacité shunt Les capacités shunts fournissent de la puissance réactive capacitive au système au point où elles sont connectées, principalement pour exploiter les longues lignes au-dessus de leur puissance naturelles (requis par une charge inductive). La figure 6 illustre un circuit avec compensation par condensateur shunt appliqué sur le côté charge. Fig III.6 Compensation avec capacité shunt Se référant au diagramme de phase de la figure 7, le courant de ligne IL est la somme du courant de la charge du moteur I et le courant du condensateur I . M C Fig III.7 Diagramme vectoriel Il peut être vu que le courant de ligne est diminué par l'ajout du condensateur shunt. L'angle entre la tension de charge et le courant est passé de θ2 à θ1. La figure 8 montre la phase de la tension correspondante. Fig III.8 Diagramme vectoriel Il peut être vu de ce qui précède que l'insertion de condensateurs shunts dans un réseau présente les avantages suivants: • Augmenter le niveau de tension à la charge ; • Diminution de la puissance fournie par les générateurs de source pour soulager un état de surcharge. • Réduire les pertes de puissance active RI et les pertes de puissance réactive XI2 due à la 2 réduction du courant ; • Augmenter le facteur de puissance ; Chapitre III : Etudes et Analyse des différents moyens de compensation 10 4.3. Réactance Shunt La compensation par réactance shunt est généralement nécessaire sous des conditions qui sont à l'opposé de celles exigées par la compensation par condensateur shunt. Ceci est illustré dans la figure 9. L'inductance shunt peut être installée dans les conditions suivantes: • Pour compenser les surtensions survenant aux sous-stations desservies par des longues lignes pendant les périodes de faible charge, en raison de la capacité de la ligne (effet Ferranti) ; • Pour compenser le facteur de puissance en avance dans les usines de production, résultant d'une baisse transitoire ; • Pour réduire la consommation de puissances des lignes en circuit ouvert dans les systèmes à très haute tension (THT). L'effet de la réactance shunt sur le diagramme des courants est illustré dans la figure 10. Fig III.9 Réactance shunt de compensation Fig III.10 Effet de la réactance shunt 4.4. Compensateurs synchrones Ce sont les alternateurs et uploads/Management/ chapitre3-papier-pdf-pfe-pdf 1 .pdf