Qu’est-ce qu’un tableau de compensation ? Son importance dans l’efficacité énergétique
Le panneau de compensation est un système de contrôle de puissance essentiel utilisé pour réguler l’équilibre de la puissance réactive dans les installations électriques et qui a un impact direct sur l’efficacité énergétique. Dans les installations industrielles, les entreprises et les grands bâtiments en particulier, l’excès de puissance réactive généré par les moteurs, les transformateurs et autres charges inductives similaires peut entraîner des coûts supplémentaires sous forme de « pénalité réactive » sur la facture d’électricité. Les panneaux de compensation permettent de contrôler cette situation en maintenant le facteur de puissance à la valeur souhaitée, en réduisant les pertes d’énergie et en assurant un fonctionnement plus efficace du système. La compensation n’est donc pas seulement une obligation légale, mais aussi une application stratégique qui permet aux entreprises d’optimiser leurs coûts énergétiques.
Qu’est-ce qu’un panneau de compensation ?
Le panneau de compensation est un panneau de contrôle électrique qui équilibre le courant réactif dans les installations électriques, maintient le facteur de puissance (cos φ) à la valeur cible et empêche le prélèvement inutile de puissance réactive du réseau. Ce panneau contient des condensateurs, des contacteurs, des fusibles, un relais de compensation automatique, des éléments de protection et des dispositifs de connexion.
Lorsque les charges électriques fonctionnent, la puissance active (puissance utile) et la puissance réactive (puissance créant un champ magnétique) sont consommées. La puissance réactive, même si elle ne produit pas de travail, est nécessaire au fonctionnement du système. Cependant, si une puissance réactive excessive est prélevée du réseau, l’efficacité énergétique diminue et l’entreprise doit payer une pénalité d’énergie réactive. Le panneau de compensation équilibre cet excès à l’aide de condensateurs.
Pourquoi la puissance réactive et le facteur de puissance (Cos φ) sont-ils importants ?
Dans les systèmes électriques, la puissance se divise en trois composantes : la puissance active (kW), la puissance réactive (kVAr) et la puissance apparente (kVA). Le facteur de puissance (cos φ) est le rapport entre la puissance active et la puissance apparente et exprime l’efficacité du système électrique. Plus le facteur de puissance est proche de 1, plus le système fonctionne efficacement.
Les charges inductives telles que les moteurs et les transformateurs réduisent le facteur de puissance. Un faible facteur de puissance entraîne une augmentation de la puissance apparente prélevée sur le réseau et une augmentation des coûts énergétiques. Grâce au système de compensation, la puissance réactive est équilibrée dans l’installation au lieu d’être chargée sur le réseau.
Principe de fonctionnement du panneau de compensation
Le panneau de compensation surveille en permanence l’état de charge de l’installation et active ou désactive des groupes de condensateurs en fonction des besoins en puissance réactive. Ce processus est contrôlé par un relais de compensation automatique. L’objectif est d’améliorer le facteur de puissance en maintenant la différence de phase entre le réseau et la charge à un niveau optimal.
En termes simples : charge inductive → augmentation de la puissance réactive → baisse du facteur de puissance → mise en service du condensateur → correction du déphasage → augmentation du facteur de puissance.
Contrôle par paliers à l’aide de groupes de condensateurs et de contacteurs
Dans les panneaux de compensation, les condensateurs sont généralement divisés en plusieurs niveaux. Lorsque la charge augmente ou diminue, le relais de compensation active ou désactive le condensateur du niveau correspondant. Cette opération est effectuée à l’aide de contacteurs.
Grâce au système de gradation, la puissance réactive est équilibrée en temps réel et le système fonctionne de manière stable et flexible. Le dimensionnement correct des gradations est l’un des points critiques de la performance de compensation.
Fonction du relais de compensation automatique
Le relais de compensation automatique est le module de contrôle qui sert de cerveau au panneau de compensation. Il analyse en permanence le réseau, calcule le facteur de puissance et, si nécessaire, active ou désactive les groupes de condensateurs. Des réglages incorrects du relais peuvent entraîner un fonctionnement instable du système.
Les relais de compensation modernes peuvent également être dotés de fonctionnalités avancées telles que l’analyse harmonique, la protection contre les surintensités, la surveillance de la température et un système d’enregistrement des erreurs.
Qu’est-ce qu’une pénalité réactive ? Comment le panneau de compensation empêche-t-il le risque de pénalité ?
Les sociétés de distribution d’électricité obligent les entreprises dont la consommation d’énergie dépasse un certain seuil à maintenir leur facteur de puissance au-dessus d’une limite déterminée. Si le facteur de puissance tombe en dessous de la valeur fixée, l’entreprise doit payer une pénalité pour énergie réactive. Cette pénalité est directement répercutée sur la facture et, dans certains cas, augmente considérablement le coût de l’énergie.
Le panneau de compensation élimine le risque de pénalité pour l’entreprise, car il équilibre la consommation d’énergie réactive. Cela permet à la fois d’augmenter l’efficacité énergétique et d’éviter des charges financières inutiles.
L’impact de la compensation dans les installations industrielles sur l’efficacité énergétique
Dans les installations industrielles, la puissance réactive est toujours élevée en raison des moteurs, des pompes, des ventilateurs et des groupes électrogènes de grande puissance. Cette situation augmente les pertes d’énergie, chauffe les câbles, sollicite les transformateurs et provoque des chutes de tension.
Lorsque la compensation est appliquée :
- Les pertes dans les câbles diminuent
- La charge du transformateur diminue
- La stabilité de la tension du système s’améliore
- L’efficacité énergétique augmente
- La durée de vie des machines et des équipements est prolongée.
Différences entre les systèmes de compensation moyenne et basse tension
Les systèmes de compensation sont divisés en deux catégories principales en fonction de la tension de service : la compensation moyenne tension et la compensation basse tension. Les panneaux de compensation basse tension sont généralement intégrés aux panneaux électriques internes. Les systèmes de compensation moyenne tension sont plus complexes et sont généralement utilisés dans les centres de transformation.
La compensation moyenne tension a une plus grande capacité et est généralement utilisée dans les grandes installations industrielles où la charge réactive est très élevée.
Solutions de compensation harmonique et filtrée (active/passive)
Dans les installations industrielles modernes, les variateurs de vitesse, les onduleurs et les appareils électroniques de puissance génèrent des courants harmoniques. Les harmoniques peuvent solliciter les condensateurs de compensation classiques et entraîner un risque d’échauffement, de panne, voire d’explosion.
C’est pourquoi la compensation filtrée est préférable dans les installations harmoniques :
- Compensation par filtre passif : supprime le niveau harmonique à fréquence fixe.
- Compensation par filtre actif : analyse et supprime dynamiquement les harmoniques.
Sélection du panneau de compensation et critères de calcul de la capacité correcte
Lors du choix du panneau de compensation, il convient de tenir compte du profil de consommation électrique de l’entreprise, du type de charge, de la puissance du transformateur, du niveau harmonique et du facteur de puissance réactive. Si la capacité est inférieure à la nécessité, la compensation sera insuffisante ; si elle est supérieure à la nécessité, il y aura une compensation excessive.
Pour un traitement correct, il est nécessaire de mesurer la charge opérationnelle à l’aide d’un analyseur d’énergie et de préparer le projet de compensation en fonction de ces données.
