Compensation de réactif, condensateurs

[Laurent_25]

Bonjour à tous,
Cela fait 10 ans que mon père et moi remontons un moulin dans le doubs et nous nous approchons de la fin ( http://www.moulindefuesse.info ).
Avant d'entamer la demande de raccordement au réseau, j'aurai voulu savoir si une installation de moins de 36kva (27 dans notre cas) était soumise à l'installation de batterie de compensation et si oui à quel tangente phi ? ainsi que la tolérance autour de cette valeur.

Merci d'avance


PS: j'ai été bluffé par article concernant le choix de découplage et la VDE 0126 1.1, bravo!

[Admin]

Bonsoir,

vous avez vraiment réalisé un travail incroyable sur ce moulin ! J'imagine les heures passées, le travail, les calculs, les brouettes de béton, les tonnes de ferraille déplacées et les fagots de baguettes de soudure : si on ne sait pas souder au début d'un tel chantier, à la fin on a une certaine pratique ...

Plus de temps en temps un doigt coincé, et la gestion du stress quand un truc va de travers ...

Pour votre injection réseau, vous aurez probablement une génératrice asynchrone, sans onduleur, et sauf erreur de ma part (car les textes changent assez souvent), il suffit que votre génératrice ne consomme pas de réactif.

Les textes concernés sont :

- Modèle de Contrat de Raccordement, d’Accès et d’Exploitation (CRAE) pour une installation de production de puissance < 36 kVA raccordée au réseau public de distribution basse tension. Document ERDF, Identification ERDF-FOR-CF_15E , Version V 9 téléchargeable sur http://www.erdfdistribution.fr

- Arrêté du 23 avril 2008 : ici http://www.legifrance.gouv.fr/affichTex ... 0018698004# : "les installations de production raccordées en basse tension ne doivent pas absorber de puissance réactive"

Exemple aussi de partie d'un contrat CARDI (mais pour plus de 36 kVA) :

Pas de consommation de réactif.JPG

On voit qu'il ne faut pas consommer de réactif (vous pouvez en produire, mais il ne vous sera pas payé). ERDF pourra vérifier cette non consommation au niveau du compteur d'injection, qui voit tout !

En pratique, comme votre production électrique va varier en fonction du débit d'eau, il faudra ajuster le réactif en quelques tranches.

Exemple :

- moteur asynchrone 400 V triphasé
- puissance normalisée 30 kW (c'est la puissance à l'arbre)
- rendement 90%
- c'est à dire que mécaniquement le moteur est dimensionné pour 30 kW, et électriquement pour 30 / 0,9 = 33 kW.
- facteur de puissance (cos Phi) de 0,85
- utilisé en génératrice, si vous appliquez 30 kW à l'arbre, il va vous donner une puissance électrique P d'environ 30 * 0,9 = 27 kW
- soit une puissance apparente S de 27 / 0,85 = 32 kVA
- pour ramener le cos Phi à un, il faut une puissance réactive de Q = racine(S²-P²) = environ 17 kVAR
- il faut déterminer ensuite la variation de puissance de votre génératrice à charge partielle, et les durées de fonctionnement
- une solution est une gestion de réactif en 3 gradins de 10, 5 et 2.5 kVAR ce qui donne les 8 étages suivants : 0, 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5 kVAR
(sur lesquels on utilise en pratique 10, 12.5, 15, 17.5 kVAR)
- commandés par un petit module Varmétrique et des contacteurs mécaniques ou statiques
- une autre solution est de gérer ça manuellement, avec 2 ou 3 ensembles de condensateurs et un commutateur manuel
- plus un contacteur de sécurité qui coupe les condensateurs en cas de coupure réseau (pour éviter les surtensions)

- vous pouvez aussi compenser plus simplement en 2 gradins 5 et 10 kVAR pour obtenir 4 étages 0, 5, 10 et 15 kVAR
(sur lesquels on utilise en pratique 10 et 15 kVAR)

Remarque : les calculs ci-dessus sont approximatifs, et juste là pour déterminer le réactif. Il y a d'autres façons de les effectuer, et on peut affiner en fonction de tel ou tel paramètre que je n'ai pas pris en compte, c'est à mon sens superflu dans la plupart des cas.

Vous pouvez en permanence produire un poil de réactif en trop, ce n'est pas un problème, mais il ne faut pas abuser non plus : la surcompensation du réactif va créer des surtensions et des courants anormaux.

Ici un article présentant "simplement" la compensation du facteur de puissance : http://www.engineering.schneider-electr ... nce_ie.pdf

Ici un autre article plus technique : http://physique-eea.ujf-grenoble.fr/int ... once07.PDF

Pour la compensation automatique, qui est je pense la meilleure solution, il y a quantité de matériels:

- armoires toutes faites comportant les fusibles, contacteurs (électro mécaniques ou statiques), condensateurs, et le module de gestion : voir Legrand, Schneider, Alpes Technologies, etc..
- petits modules de tableau mesurant l'énergie active, réactive, etc.. et pouvant sortir l'information de cos Phi en impulsions ou signal 0/10V ou signal 4/20 mA ou autre, à exploiter ensuite avec un nano automate pilotant des contacteurs : voir RadioSpares, Farnell, etc ...(mais vouloir tout réaliser soi-même ne reviendra pas forcément moins cher ...)

Cordialement

[Laurent_25]

Bonjour cher "Administrateur"
J'ai bien lu votre message et je vous en remercie doublement.
Vous avez vu juste pour les génératrices synchrones : il s'agit bien d'un moteur de 22kW et un de 5,5kW
couplées selon le débit d'eau

emk_5_5kw.jpg

emk_22kw.jpg

et en me basant sur vos calcul j'obtiens

puissance.JPG

a l'aide du Powermeter PM 710 que j'ai installé, je peux mesurer les puissances sur le moteur de 22 kW
La puissance reactive Q correspond bien à vide à 16kVAR

La où j'ai un problème, c'est que Q augment avec la puissance , est-ce une erreur de mesure ?

PM710-15kw.JPG

Enfin si j'ai bien compris le diagramme CARDI (pour >36kw ), si j'étais dans ce cas , je n'aurais même pas à mettre d'échelon pour les condensateur,il me suffirait de sur-compenser une fois pour toute mon installation puisque Qmax = Infini ?

Et pour terminer , je voudrais juste vous remercier de votre patience et du travail que vous avez réaliser sur ce site, qui est une mine d'or , pour un débutant comme moi, et que si vous passez dans le Doubs vous êtes cordialement invités au moulin.
Cordialement
Laurent

[Admin]

Bonjour,

les indications de la plaque correspondent au fonctionnement nominal en moteur.

D'après la plaque du moteur 22 kW :

- cette machine asynchrone utilisée en moteur a un facteur de puissance nominal ( à 970 tr/min) de 0.83
- elle absorbe alors 410 * 41 * racine(3) = 29.1 kVA et 29.1 * 0.83 = 24.2 kW
- le réactif absorbé est racine(29.1² - 24.2²) = 16.2 kVAR

D'après votre appareil de mesure :

- votre moteur asynchrone utilisé en génératrice fournit 15 kW et 27 kVA
- donc le facteur de puissance est de 15 / 27 = 0.55
- et le réactif absorbé est racine(27² - 15²) = 22 kVAR

Le facteur de puissance est mauvais, c'est normal, votre machine tourne à environ 60% de charge, et le facteur de puissance d'une machine asynchrone diminue puis s'écroule à charge partielle.

Par contre à charge partielle, la puissance réactive absorbée devrait diminuer un peu, même si le travail pour magnétiser la carcasse ne change pas beaucoup. Cette mesure de 22 kVAR me semble donc anormale, il y a peut-être un problème au niveau du multi-afficheur :

- mauvaise correspondance entre le câblage et la configuration du module
- éventuellement un transformateur d'intensité en court circuit ou à l'envers

Il y a en effet quantité de configurations possibles pour ces petits modules, avec câblage d'un seul transformateur d'intensité, ou 2, ou 3, différentes mesures de tensions, etc ..

040120114177.JPG

D'après les calculs :

- pour ramener le facteur de puissance à 1, il faut apporter 16.2 kVAR de réactif avec des condensateurs
- par exemple 3 condensateurs placés en étoile, point commun flottant, chacun étant soumis à la tension simple 240 V
- pour éviter les explosions, prendre 3 condensateurs pour courant alternatif et usage permanent avec par ex. une tension nominale de 400 Veff
- chaque condensateur apporte 16.2 kVAR / 3 = 5.4 kVAR
- le réactif d'un condensateur est Qc = tension² * C * 2 * Pi * F donc ici une capacité C = 5400 / (240² * 2 * Pi * 50) = 0,000297 F soit C = 300 µF
- prévoir un disjoncteur de protection, un contacteur, et des résistances de décharge.
- le contacteur ne doit relier les condensateurs à la génératrice qui si celle-ci est connectée au réseau, pour éviter une auto-excitation avec surtensions

A charge partielle, le facteur de puissance du moteur diminue avec la puissance, et la variation probable pour votre moteur est la suivante :

I (A)...cos Phi...P (W)...Q (VAR)
40......0,83.....23000...15000
30......0,83.....17000...11000
20......0,7........9000...10000
15......0,3........3000...10000

Il faudrait en théorie diminuer le réactif Q avec la charge, en utilisant un coffret de réactif avec son module de gestion qui mesure le facteur de puissance et enclenche/déclenche différents gradins de condensateurs pour approcher au mieux le facteur de puissance programmé.

Mais vous pouvez aussi décider de compenser à 15 kVAR fixe : à charge partielle, vous serez un peu trop réactif, vous donnerez ce réactif excédentaire à ERDF, et ça ne doit pas poser problème pour le matériel.

Pour la visite de votre génial moulin, j'arrive j'arrive, dès que possible ! mais ma voiture à turbine hydraulique n'avance pas vite !

Voiture à eau.jpg

Cordialement

[Laurent_25]

Merci beaucoup pour tous ses précieux renseignements,
je vais commencer par vérifier le cablage de mon wattmètre et je vais faire des mesures en parallèle avec une pince ampéremétrique qui fait aussi wattmètre et je vous tiens au courant...
PS : vous n'auriez pas une 2ème voiture à vendre ? j'adore la votre mdr!

[Laurent_25]

Bonjour à tous,
juste pour vous donner quelques petites nouvelles: j'ai eu la chance qu'un pro de l'electrotech passe cette semaine et je lui ai soumis mon problème de surconsommation de réactif. Après plusieurs essais, il m'a confirmé que mes mesures étaient juste. Je pense que je vais envoyer un email au fabricant pour avoir plus d'info. dès que j'ai des nouvelles je vous tiens au courant ... (mdr)
Il faudra juste etre un peu patient car avec les vacances du fabricant et moi qui part 15 jours chercher le soleil, je ne pense pas pouvoir clore ce billet avant mi-aout.
Bonne vacance à tous!

[dB-)]

Bonjour,

un autre exemple de compensation de réactif, avec ce petit tableau que j'ai réalisé à partir des valeurs du facteur de puissance d'une machine asynchrone de 100 kW , valeurs prises dans le document Schneider Electric "Guide de conception des réseaux électriques industriels 6 883 427/A" :

Compensation cos(Phi).JPG

On voit qu'à charge partielle, le cos Phi diminue, mais que la compensation de réactif diminue moins vite que la puissance active, et ne descend pas en dessous de 50%, et je pense qu'on peut prévoir dans la plupart des cas par exemple 4 gradins de réactif, avec 50% du nominal, 20%, 20% et 10%

On peut ainsi par couplage réaliser 50, 60, 70, 80, 90 et 100 % de compensation.

Le contacteur de la tranche 50% peut tout à fait être mécanique (il ne travaille quasiment jamais), et les autres éventuellement statiques (au moins celui de la tranche 10%, qui "tricote" en permanence)

dB-)

[segretain]

Bonjour,

je vous mets en ligue des documents permettant le dimensionnement des condensateurs de compensation en BT et HT.

Salutations Frédéric.

[djan]

.....Merci.....

[ericnoharet]

Bonjour,

Je suis sur un choix technique pour des contacteurs sur des condensateurs.

Ayant une tangente phi à corriger de maniere plus precise qu'avant, il faut que je modifie l'ancien systeme de batterie de condensateur fixe tout ou rien.

Je ne vais pas passer par un regulateur VARMETRIQUE hors de prix pour cette petite centrale.

Je ferai une regulation fonction du courant de la generatrice. Cela devrait passer sans probleme.
Il faut simplement que j'ai les bon contacteurs pour mettre et enlever les 4 banques de condensateurs.
(10 + 10 + 40 +40 KVAR en 400V 50Hz)

J'avais pensé à du relais statique mais je ne trouve pas d'indications bien precises.
Il existe a priori des relais "speciaux" avec resistances integrés pour la commutation de condensateurs, mais je ne trouve que les schema theorique mais pas le produit.

Un avis ?

Eric