Fonction, principe de fonctionnement et calcul de la capacité des banques de condensateurs

1. Principe de fonctionnement fondamental

La plupart des charges électriques dans les systèmes électriques industriels sont des charges inductives, telles que les moteurs asynchrones, les transformateurs, les machines à souder, les lampes fluorescentes et les électro-aimants. Électriquement, ces charges peuvent être considérées comme une combinaison de résistance et d’inductance connectées en série. En conséquence, le courant de charge est en retard sur la tension, générant une grande quantité de courant réactif inductif et de puissance réactive.

 

Le courant total dans un circuit se compose de deux composantes :

Courant actif, qui est en phase avec la tension et effectue des travaux utiles tels que l'entraînement des moteurs et la production de chaleur ;

 

Courant réactif, qui retarde la tension de 90 degrés et est utilisé uniquement pour établir et maintenir des champs électromagnétiques sans produire de travail efficace.

Bien que le courant réactif ne génère pas de puissance de sortie utile, il occupe néanmoins la capacité du transformateur et de la ligne, augmente les pertes du système et réduit la qualité globale de l’énergie. C’est l’une des principales causes de gaspillage d’énergie dans les systèmes électriques industriels.

 

En revanche, le courant d'un condensateur avance la tension de 90 degrés, ce qui est opposé en phase au courant réactif inductif. Lorsque les condensateurs sont connectés en parallèle avec des charges inductives, le courant réactif capacitif compense une partie ou la totalité du courant réactif inductif, réalisant ainsi une compensation de puissance réactive. C'est le principe de fonctionnement de base d'une batterie de condensateurs.

2. Fonctions de base des banques de condensateurs

Banques de condensateurssont largement utilisés dans les systèmes de distribution d'énergie industrielle-basse tension pour améliorer le facteur de puissance, réduire les pertes de puissance réactive, améliorer la qualité de l'énergie et réaliser des économies d'énergie.

 

Leurs principales fonctions comprennent :

• Amélioration du facteur de puissance

La puissance réactive capacitive générée par les condensateurs compense la puissance réactive inductive de la charge, réduisant ainsi la différence de phase entre la tension et le courant et améliorant efficacement le facteur de puissance du système.

 

• Réduire les pertes de ligne et prévenir les surcharges

En réduisant le courant réactif inutile dans le système, le courant de ligne total diminue en conséquence, ce qui réduit les pertes de puissance dans les câbles et les transformateurs et aide à prévenir les surcharges causées par une puissance réactive excessive.

 

• Stabilisation de la tension du réseau

Les charges inductives lourdes provoquent souvent des chutes et des fluctuations de tension, qui peuvent affecter le fonctionnement normal des équipements électriques. La compensation du condensateur aide à stabiliser la tension aux bornes et à améliorer la fiabilité de l'alimentation.

 

• Libération de la capacité du transformateur

La puissance réactive occupe une partie de la capacité nominale du transformateur, limitant sa capacité à fournir de la puissance active. La compensation de puissance réactive libère la capacité du transformateur et améliore l'efficacité d'utilisation des équipements.

 

3. Structure et fonctionnement du Cabinet Caractéristiques

3.1 Composants principaux

Une batterie de condensateurs basse tension-standard se compose principalement :

• Enceinte d'armoire
• Jeux de barres
• Disjoncteurs
• Sectionneurs
• Contacteurs CA
• Relais thermiques
• Parafoudres
• Condensateurs de compensation
• Réacteurs en série
• Contrôleurs automatiques du facteur de puissance
• Instruments de mesure
• Systèmes de câblage primaire et secondaire
• Borniers

 

3.2 Caractéristiques de fonctionnement

La batterie de condensateurs fonctionne automatiquement dans des conditions normales et ne nécessite généralement aucune intervention manuelle de routine. Il démarre et s'arrête en même temps que le système d'alimentation principal.

 

Le-système intelligent intégrécontrôleursurveille en permanence les conditions de charge et le facteur de puissance du système en temps réel. En fonction de la demande de puissance réactive, il allume ou éteint automatiquement les batteries de condensateurs pour maintenir un état de compensation optimal et minimiser les pertes de puissance réactive.

 

Pour l’entretien de routine, des inspections régulières doivent être effectuées pour vérifier :

• Fuite ou gonflement de l’huile du condensateur
• Bruit anormal ou surchauffe
• Connexions de câblage desserrées
• Câbles vieillissants ou composants endommagés

 

4. Risques liés à un faible facteur de puissance (puissance réactive excessive)

Si la compensation de puissance réactive n'est pas installée dans les systèmes avec de grandes charges inductives, le facteur de puissance diminuera considérablement, entraînant les problèmes suivants :

• Un courant de ligne plus élevé augmente les pertes thermiques dans les câbles et les transformateurs, ce qui entraîne une plus grande consommation d'énergie et un gaspillage d'électricité ;
• Une chute de tension excessive provoque une tension de réseau instable et réduite, ce qui peut affecter le fonctionnement normal de l'équipement électrique ;
• La puissance réactive occupe la capacité du transformateur et limite la puissance active disponible, réduisant ainsi l’efficacité d’utilisation des équipements de distribution d’énergie.

 

5. Méthode de calcul de la capacité de compensation requise

Méthode de dimensionnement empirique pour les applications industrielles

Dans les applications d'ingénierie pratiques, la capacité de compensation requise correspond généralement à environ un -tiers de la capacité nominale du transformateur (unité : kVAR).

En fonction des caractéristiques réelles de la charge et des conditions de fonctionnement, la capacité de compensation se situe généralement dans une plage de 30 à 40 % de la capacité nominale du transformateur.

 

Exemple

Pour un transformateur de distribution de 200 kVA :

Capacité de compensation recommandée :

200 × (30 % ~ 40 %)=60 ~ 80 kVAR

Par conséquent, une batterie de condensateurs d'une capacité comprise entre 60 kVAR et 80 kVAR est généralement recommandée pour répondre aux exigences de compensation de puissance réactive sur site-.