Rapport de stage de fn d’étude
Dédicace A nos chers parents Qui nous nous ont soutenu par leur amour et leurs eforts, qui nous ont toujours encouragé pendant toute la période de nos études, et qui n’ont, à nul moment, épargné aucun efort pour répondre à nos exigences, nous espérons être à la hauteur de leur attente et nous prions Dieu de leur procurer bonne santé et longue vie A nos tr!s chers "r!res et s#urs A nos "amilles A tous nos chers amis A nos chers pro"esseurs $t à tous ceux qui nous ont soutenus de pr!s ou de loin %ous leurs dédions cet humble travail en reconnaissance reconnaissance à leur inestimable soutien durant ce long parcours
Ouameur mohamed
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Rapport de stage de fn d’étude
&emerciement
Je tiens à remercier remercier dans un premier premier temps, toute l’équipe pédagog pédagogique ique d’école supérieure de technologie d’Agadir et et les intervenants professionnels responsables de la formation aux grands moulins d’Ouarzazate, pour avoir assuré la partie théorique de celle-ci. Je remercie également également mon encadrant encadrant .!a"i #halid et r le directeur $eneral %O&'()' Omar et tout les membres des grands moulins de Ouarzazate
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Rapport de stage de fn d’étude
&emerciement
Je tiens à remercier remercier dans un premier premier temps, toute l’équipe pédagog pédagogique ique d’école supérieure de technologie d’Agadir et et les intervenants professionnels responsables de la formation aux grands moulins d’Ouarzazate, pour avoir assuré la partie théorique de celle-ci. Je remercie également également mon encadrant encadrant .!a"i #halid et r le directeur $eneral %O&'()' Omar et tout les membres des grands moulins de Ouarzazate
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'ntroduction Ce stage à été très important pour moi car c’était un contact avec le milieu professionnel, il m’a permis de mettre en pratique pas mal de connaissances théoriques acquises durant ma deuxième année de formation. Il m’a permis aussi de renforcer l’esprit d’équipe, et d’apprendre plus en contactant les gens expérimentés. La partie électrique dans un moulin est considérée comme étant la plus importante. Grce à la diversification des équipements et installations électriques mise en ouvres on peut ! trouvé toute la nouveauté des derniers techniques utilisées dans l’industrie moderne ce qui pour nous considéré comme une occasion très importante pour se pencher sur l’importance des connaissances théoriques et compétences acquises en face de la pratique dans un milieu professionnel aussi développé nécessitant énormément de compétences, connaissances techniques et expériences
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Rapport de stage de fn d’étude
(ommaire Dédicace)))))))))))))))))))))))))))))))))))))) * &emerciement))))))))))))))))))))))))))))))))))) + 'ntroduction))))))))))))))))))))))))))))))))))))) (ommaire )))))))))))))))))))))))))))))))))))))) -
)escription générale de l’entreprise accueillante ******************. +uet la compensation d’énergie électrique
*ere .A&/'$ 0 1$%$&A2'/$ (3& 2A 456.$%(A/'5% D’$%$&1'$))))))
. '%/&5D34/'5%))))))))))))))))))))))))))) /. 2es "aits)))))))))))))))))))))))))))))) /. .oint de vue du distributeur d7énergie)))))))) /./ .oint de vue du client))))))))))))))) 0. 4heminement des puissances)))))))))))))))))))) 1. .ourquoi 4ompenser 8 2. /héorie sur cos 9))))))))))))))))))))))))))) 2. dé"inition de cos 9))))))))))))))))))) 2./
2e "acteur de puissance)))))))))))))))))
2.0
Avantage dus à l’amélioration du "acteur de puissance)
2.1
2es inconvénients d’avoir un mauvais "acteur de puissance))))
3. 5: compenser 8 )))))))))))))))))))))))))))))) 4. /;pe de compensation)))))))))))))))))))))))))))) 4.. 4ompensation
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7..
/aux de distorsion harmonique))))))))))))))))))) 'n>uence des harmoniques sur les armoires de déphasage et de 7./.
Description générale de l’entreprise accueillante 5
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Sujet : La compensatio n d’énergie électrique 7
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*ere .A&/'$ 0 1$%$&A2'/$ (3& 2A 456.$%(A/'5% D’$%$&1'$ 1. INTRODUCTION Tout système électrique utilisant le courant alternatif met en jeu deux formes d'énergie : l'énergie active et l'énergie réactive. Dans les processus industriels utilisant l'énergie électrique seule l'énergie active est transformée au sein de l'outil de production en énergie mécanique, thermique, lumineuse, etc. 'autre, l'énergie réactive sert notamment ! l'alimentation des circuits magnétiques des machines électriques "moteurs, autotransformateurs, etc.#. $ar ailleurs, certains constituants des réseaux électriques de transport et de distri%ution "transformateurs, lignes, etc.# consomment également dans certains cas d'exploitation de l'énergie réactive. &énergie active est produite par les générateurs, transportée et distri%uée aux utilisateurs qui l&utilisent, soit sous forme d&énergie mécanique "moteur#, soit sous forme thermique "chauffage#, soit sous forme chimique "électrolyse#. e courant produit des échauffements dans les lignes et les équipements : ce sont les pertes oule. &énergie réactive, elle, est échangée en permanence dans les réseaux entre les générateurs de puissance réactive "condensateurs, compensateur synchrone, alternateurs sous certaines conditions# et les équipements ayant des circuits magnétiques. &énergie réactive s&échange, ce n&est pas une perte ( mais elle peut provoquer des pertes ( )oit accroissement des chutes de tension*, augmentation des pertes oule "le courant transporté est plus élevé# et surtout des pertes financières suivant les tarifications en vigueur dans les pays.
2. Les aits 2.1 Point de vue du distriuteur d!énergie "
a circulation des puissances active et réactive provoque des pertes actives et des chutes de tension dans les conducteurs. es pertes actives réduisent le rendement glo%al des réseaux et les chutes de tension sont néfastes au maintien d'une %onne tension que doit le distri%uteur ! ses clients. +insi estil donc préféra%le sur le plan technique de les produire le plus près possi%le des lieux de consommation. $our la puissance active, on montre qu'il est plus économique de la produire d'une manière centralisée et de la distri%uer ensuite aux clients. e co-t du transport est %ien moins élevé que le surco-t d'une production réalisée localement. 8
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n revanche, pour la puissance réactive, il est économiquement plus intéressant de la produire, en tout ou partie, localement par des générateurs d'énergie réactive autonomes comme les condensateurs par exemple. /ette pratique est appelée /01$2)+T302. 2.2
Point de vue du client :
/omme pour le distri%uteur, le transport de la puissance réactive sur le réseau intérieur du client entra4ne les inconvénients suivants :
surcharge ou surdimensionnement des installations "transfo, c5%les, etc...#
pertes actives plus importantes dans ces ouvrages
augmentation de la facture 02.
#. C$e%ine%ent des puissan&es
'nstallation non compensée
'nstallation compensée
&éseau 5%$
&éseau 5%$
$ % 5 e g a t p m o 4
$ % 5 e g a t p m o 4 $nergie Active
$nergie Active
$nergie &éactive
$nergie &éactive
&éseau 3sine des 6oulins
&éseau 3sine des 6oulins
$tablissement industriel
$tablissement industriel
?ig* schéma représente le cheminement de la puissance
'. Pour(uoi Co%penser ) 9
6o;en de compensat ion
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)i nous stylisons notre installation électrique, nous notons les échanges d&énergie suivants :
a compensation d&énergie a pour %ut de limiter la chute de tension en ligne en réduisant les pertes oule dues au transit d&énergie réactive "compensation shunt# ou en créant une chute de tension capacitive "compensation série#. &utilisation de la %atterie de compensation shunt au plus près de l&utilisateur permet de réduire la puissance réactive qui transite dans les lignes et donc de réduire les pertes. &ajoute de self aux condensateurs permet de créer des filtres et de limiter la transmission des harmoniques. &utilisation de condensateurs auprès des générateurs permet d&optimiser leur fonctionnement.
a compensation a donc pour conséquence supplémentaire de : permettre un dimensionnement plus économique des installations "lignes, c5%les, transformateurs, disjoncteurs# ( améliorer la qualité de courant électrique "filtrage# ( réduire le taux de distorsion harmonique en tension ! une valeur accepta%le pour l&utilisateur et le distri%uteur.
5.
Théorie sur cos ψ : 5.1
définition de cos ψ :
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2ous venons de voir que tous les moteurs et tous les appareils fonctionnant en courant alternatif et comprenant un circuit magnétique a%sor%ent deux formes d'énergie : une énergie dite active, qui se manifeste par un travail sur l'ar%re d'un moteur par exemple. une énergie dite réactive, qui ne sert qu'! aimanter le fer du circuit magnétique.
+ chacune de ces énergies correspond un courant actif "3 a#, en phase avec la tension du réseau et un courant réactif "3 r#, appelé aussi courant magnétisant. /eluici étant déphasé de 678 en arrière par rapport au courant actif. es deux courants actif et réactif se composent vectoriellement pour former le courant apparent, déphasé d'un angle $hi par rapport au courant actif. /e courant dit apparent est cependant %ien réel, puisque c'est celui qui parcourt les divers conducteurs du circuit, depuis la source jusqu'au récepteur inclus, et qui provoque entre autre l'échauffement de ces conducteurs, donc les pertes d'énergie par effet joule. D'après la représentation ci contre et sachant qu'en monophasé : 8 9 &. (t. :os
φ
; 9 &. (t. +in φ + 9 &. (t
2ous pouvons donc écrire : 8 9 &. (a ; 9 &. (r •
+ 9 &. (t
?ig+ &eprésentation des courants par ?&$(%$2
De cela nous pouvons donc voir qu'il est très simple de retranscrire le diagramme des courants donné précédemment par le diagramme suivant : "emarque :
es équations ci contre donneraient les m9mes résultats si nous étions en triphasé.
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fig.3 &eprésentation des .uissances par
?&$(%$2
Donc on constate : S = P + Q 2
cos φ
2
2
P S
= =
tanφ=
P √ P ² + Q ²
=
1
+ tan ² φ
1
Q P
2./
2e "acteur de puissance
e facteur de puissance est la proportion de puissance active dans la puissance apparente c'est! dire le quotient de la puissance active consommée et de la puissance apparente fournie. F =
P (W ) ≈cosφ S ( VA )
e cos φ est le facteur de puissance du fondamental et ne prend pas en compte la puissance véhiculée par les harmoniques. n facteur de puissance proche de ; indique une fai%le consommation d'énergie réactive et optimise le fonctionnement d'une installation.
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La tangente /ertaines factures d'électricité indiquent la valeur de tan < qui correspond ! l'énergie réactive que le distri%uteur doit livrer pour fournir une puissance active donnée. Energie R é active Q ( VAR ) = tanφ = Energie Active P ( W )
@
Avantages dus à l7amélioration du "acteur de puissance
Diminution de la facture d'électricité
e distri%uteur d'énergie électrique, 02, propose des tarifs de facturation différents suivant la consommation de l'a%onné 0ptimisation des choix technicoéconomiques
Diminution de la section des c5%les
a puissance active transportée par un c5%le diminue lorsque le facteur de puissance s'éloigne de ;. $our une m9me puissance active ! fournir la diminution du facteur de puissance impose le choix de c5%les de plus grande section.
Diminution des pertes en ligne
n %on facteur de puissance permet une diminution des pertes en ligne ! puissance active constante. es pertes =attées "dues ! la résistance des conducteurs# sont intégrées dans la consommation enregistrée par les compteurs d'énergie active ">?h# et sont proportionnelles au carré du courant transporté.
@éduction de la chute de tension
'amélioration du facteur de puissance diminue l'énergie réactive transportée et de ce fait diminue les chutes de tension en ligne. +ugmentation de la puissance disponi%le
a puissance active disponi%le au secondaire d'un transformateur est d'autant plus grande que le facteur puissance de l'installation est élevé. 2.1
2es inconvénients d’avoir un mauvais "acteur de puissance
#our le producteur $
nécessité d'avoir des alternateurs et des transformateurs plus importants, 13
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posséder une tension plus élevée au départ de la ligne, %esoin d'avoir des lignes de plus forte section, pertes oules plus élevées, appareils de contrAle, de protection et de coupure plus importants. #our le consommateur $
nécessité d'avoir des transformateurs, des moteurs, des appareillages de manBuvre plus importants, tension d'utilisation plus fai%le, intensité plus grande, pertes oules plus élevées, rendement des appareils mauvais.
*. O+ &o%penser ) e lieu d&installation d&un équipement de compensation d&énergie réactive dépend de deux critères: La taille de l’installation $ ■ 3nstallation
avec un ta%leau général de distri%ution "TCT# et une distance vers les ta%leaux secondaires relativement fai%le, ■ 3nstallation
divisée électriquement en Eones différentes, avec une distance importante entre elles, c&est ! dire avec une distri%ution interne d&énergie et des ta%leaux secondaires de taille importante. L’existence de fortes charges consommatrices d’énergie.
Dans ce cas, il convient de faire une étude de compensation d&énergie ou de filtrage d&harmoniques au niveau de chaque charge. n fonction de ces critères, on peut résumer par le schéma cicontre les différents lieux possi%les de raccordement et ses avantages.
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?ig- lieux possibles de raccordement TCT
+vantages
•
•
•
suppression de la "acturation d’énergie réactive augmentation de la puissance disponible au secondaire du trans"ormateur solution tr!s économique car une seule batterie de compensation installée
Ta%leaux secondaires •
•
•
/ommentaires
•
•
pas de réduction de pertes en lignes chutes de tensionB pas d’économies sur le dimensionnement des équipements électriques
•
suppression de la "acturation d’énergie réactive augmentation de la puissance disponible au secondaire du trans"ormateur si l’on installe tous les niveaux secondaires de batteries de compensation d’énergie réactive solution économique
solution par"aitement adaptée pour des réseaux d’usine tr!s étendus
,. T-pe de &o%pensation 15
/harges •
•
•
•
suppression de la "acturation d’énergie réactive pas de chutes de tension économies sur le dimensionnemen t des équipements électriques compensation d’énergie réactive au plus pr!s des appareils consommant du réacti" solution onéreuse
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C* 4ompensation
tilisée lorsque : a puissance réactive ! compenser est constante quelque soit la consommation d&énergie réactive de l&installation &énergie réactive ! compenser est de fai%le puissance 3 existe sur l&installation des charges importantes qui doivent 9tre compensées individuellement afin de réduire l&énergie transportée par l&installation.
/e type de compensation est généralement utilisé aux %ornes des moteurs asynchrones et des transformateurs. C+
4ompensation automatique
tilisée lorsque la puissance réactive doit s&adapter aux %esoins de la consommation d&énergie réactive de l&installation. a %atterie de compensation est alors divisée en plusieurs gradins de puissance contrAlés par un régulateur varmétrique. n fonction de la vitesse de variation des puissances de l&installation, il est nécessaire d&avoir un équipement qui a un temps de réponse de connexion d&un gradin plus ou moins rapide.
. Prin&ipe de /a &o%pensation e graphe suivant correspond ! une compensation série ( nous aurions un graphe analogue en compensation shunt mais en courant.
?ig@ représentation des tensions à une compensation série
a self est un consommateur d&énergie réactive. e condensateur est une source d&énergie réactive. &addition de condensateurs permet de réduire l&énergie réactive devant transiter dans les lignes. &eprésentation
%ature de compensation 4ompensation partielle
%O<
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&emarque 2a réduction du cos 9 est ajustée en "onction de la charge par l’utilisation des condensateurs en gradins
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4ompensation totale
Dicile à mettre en #uvre, surtout si la charge varie
(urcompensation
(urtensions dangereuses pour les équipements
théoriquement ()='>
)'<$?@
0. La %ise en prati(ue %ans les centrales de production 2ous pouvons considérer trois situations : La centrale de production principale alimente en permanence un réseau Dans ce cas, il peut 9tre nécessaire d&utiliser une %atterie de condensateurs shunt pour maintenir le cos < de l&installation au niveau du cos < optimal de l&alternateur. es alternateurs sont garantis pour des conditions de fonctionnement ! cos < donné "généralement 7,F#. )i le réseau fonctionne ! cos < inférieur, il sera nécessaire de le relever et d&utiliser une %atterie de condensateurs shunt. La centrale de production peut &tre couplée à un réseau principal /&est le cas des centrales privées des grosses industries fournissant l&énergie au distri%uteur local. )uivant les règles tarifaires, il faut s&assurer que le générateur ne détériore pas le cos < du réseau. ne %atterie de condensateurs shunt peut s&avérer nécessaire. Le générateur est un générateur de secours &alimentation principale est coupée et il est nécessaire de veiller ! ce que les %atteries de condensateurs principales soient ajustées ! la charge après délestage. ne correction limitée du cos < peut 9tre envisagée.
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?igE les diférentes possibilités d’installation
Batterie HT sur réseau de distribution HT
Batterie MT sur réseau de distribution MT
Batterie MT pour abonné MT
Batterie BT régulée ou fixe pour abonné BT
Batterie BT pour abonné MT
Batterie BT pour compensation individuelle
"emarque $ e transformateur d&intensité doit se trouver nécessairement avant la %atterie et les récepteurs "moteurs, etc.#.
1.
u’est 3&e (ue /es $ar%oni(ues )
es charges non linéaires "redresseurs, variateurs de vitesse, fours ! arc, inverseurs, onduleurs, etc.# injectent sur le réseau des courants de forme non sinusoGdale. /es courants sont formés par une composante fondamentale de fréquence H7 IE, plus une série de courants superposés, de fréquences multiples de la fondamentale que l&on appelle harmoniques. e résultat est une déformation de la tension et du courant qui conduit ! une série d&effets secondaires associés. $our la mesure des harmoniques, il est essentiel de conna4tre une série de paramètres pour lesquels nous donnons quelques définitions. *F* /aux de distorsion harmonique
'(% Individuel A n THD ( )= × 100 A 1
+; J Kaleur efficace du fondamental 18
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+n J Kaleur efficace du rang harmonique n es valeurs efficaces + x peuvent 9tre des tensions ou des courants '(% Glo)al n
√ ∑ Un ² THDU ( )=
n= 2
U 1
× 100
n
√∑ ¿ ² THD I ()=
n= 2
I 1
× 100
*F+ 'n>uence des harmoniques sur les armoires de déphasage et de
e signal sinusoGdal étant déformé, il est nécessaire de quantifier cette déformation en faisant appel aux formules cidessous : a superposition des harmoniques au signal fondamental provoque : 2 vieillissement prématuré voir la destruction des condensateurs 2 phénomène de résonance électrique Des échauffements de machines "moteurs, transformateurs# 2 déclenchement intempestif des éléments de protection ne pertur%ation des appareillages électriques "organe de régulation, informatique# ne diminution du facteur de puissance
+eme .A&/'$ 0 /ravail efectué a question qui suppose est comment choisir l&équipement de compensation de l&énergie réactive L, a méthode proposée comporte H étapes successives. 19
Rapport de stage de fn d’étude
?tape collecte des données de base Caractéristiques du réseau $ tension * +- $ MM7NOF7v fréquence du réseau f $ H7 ou P7 IE. Caractéristiques de l’installation $ tension d’isolement * isolement "H7IE# J Hv puissance nominale du transformateur )n ">Ka# tension de court circuit du transformateur cc "Q#
28 de fa%rication : RFSR /onnexion "/3# : D;; a tension primaire n J MM>v e courant primaire 3n J ;P.H+
Température am%iante max : S78 a tension secondaire n J O6Fv e courant secondaire 3n J 6;H+
Tension de courtcircuit "! RH8# ccJS.Pv $uissance apparente )n J PO7UK+ $oix total : MFPR>g
)atterie existante +c +/ar-, t!pe de )atterie0-.
Type : /) S7NH7 /3@/T0@ Wc J H7 >Kar
2om%re des %atteries : P H7 IE
J O V S77v a courant 3 J RM.M+
Conditions d’utilisation $ Dans cette étape on relève tout les informations qui concernent les équipements électriques d&usine précisément les moteurs : 1actures d’énergie 2esures de puissance $ # +/3-, cos 4. es machines de nettoyage es machines d&usine es machines de produit fini
voir
?tape / calcul de la puissance réactive ;c A"varB La puissance réactive se détermine soit $ ! partir des factures d&électricité en fonction du mode de compta%ilisation de la consommation du >var appliqué par le distri%uteur d&énergie ! partir des données électriques de l&installation. 20
Rapport de stage de fn d’étude
$our nous on va le déterminé ! partir de ce dernier "les données électriques de l&installation# comme il indique les ta%leaux suivants :
Le smac hi ne sdene t t oy age %ombr es
1 / / 1 / / 1
.uissance Active GHB 0. 12 0. 55 0. 75 0. 75 1. 1 2. 2 2. 2 2. 2 2. 2 2. 2 3 4 4 5. 5 5. 5 7. 5 7. 5 7. 5 7. 5 11 11
?acteur de puissance cos ψB 0. 87 0. 89 0. 61 0. 8 0. 8 0. 35 0. 59 0. 54 0. 84 0. 88 0. 84 0. 83 0. 89 0. 84 0. 78 0. 37 0. 83 0. 85 0. 89 0. 54 0. 84 La somme d’énergie active
.uissance &éactive GIA&B
.uissance &éactive totale GIA&B
0.06
0.06
0. 28 0.96 0.56 0 .82 5.87 2.99 3.41 1.40 1.47 1.92 2.68 2.04 3.92 4.4 18.75 5.02 4.57 3.82 17.05 7.04
0. 28 0.96 2.24 0 .82 11.74 2.99 3.41 2.80 1.47 7.68 5.36 2.04 7.84 17.7 18.75 5.02 4.57 3.82 17.05 7.04 129.9 KW
La somme d’énergie réactive
123.6 K!"
Le smac hi ne sd’ us i ne %ombr es
2 / / 1 0
.uissance Active GHB
?acteur de puissance cos ψB
.uissance &éactive GIA&B
.uissance &éactive totale GIA&B
0. 75 0. 75 1. 1 1. 1 1. 1 1. 1 1. 5
0. 7 0. 8 0. 61 0. 78 0. 84 0. 9 0. 58
0.76
3.8
0. 56 1.42 0.88 0 .7 0.52 2.1
1.12
21
2.84 3.52 2.1 0.52 2.1
Rapport de stage de fn d’étude
/ / / 0 / / 2 2 1
1. 5 1. 5 1. 5 2. 2 2. 2 3 4 4 5. 5 5. 5 5. 5 7. 5 7. 5 7. 5 11 11 11 15 15 18 18. 5 18. 5 90
0. 81 0. 84 0. 88 0. 74 0. 84 0. 87 0. 88 0. 9 0. 74 0. 88 0. 98 0. 75 0. 8 0. 88 0. 79 0. 8 0. 87 0. 54 0. 89 0. 9 0. 8 0. 89 0. 92 La somme d’énergie active
1.08
1.08
0.96
0.96
0.79
1.58
1.98
1.98
1.41
1.41
1.68
1.68
2.12
2.24
1.92
3.84
4.95
14.85
2.91
2.91
1.1
2.2
6.6
13.2
5.61
28.05
3.97
3.97
8.47
8.47
8.25
41.25
6.16
6.16
23.25
23.25
7.65
30.6
8.64
8.64
13.87
13.87
9.43
9.43
37.8
37.8 437.2 KW
La somme d’énergie réactive
275.42 K!"
Le smac hi ne sdepr odui tfini %ombr es
/ 0
.uissance Active GHB
1. 1 2. 2 1. 5 3 O. 65 18. 5 1. 1
?acteur de puissance cos
ψ) 0. 78 0. 84 0. 81 0. 83 0. 55 0. 84 0. 87 La somme d’énergie active La somme d’énergie réactive 22
.uissance &éactive GIA&B
.uissance &éactive totale GIA&B
0. 9 1. 3 1. 1 2. 1 1 11. 1 0. 7
0. 9 1. 3 1. 1 4. 2 3 11. 1 0. 7 32.4 KW 22.3 K!"
Rapport de stage de fn d’étude
0n a d&a%ord et d&après le théorème de oucherot : n
Pt =∑ Pn =129.9 + 437.2 + 32.4 =599.5 K 1
n
Qt =∑ Qn =123.6 + 275.42 + 22.3= 421.3 KVAR 1
Donc : Qt 421.3 KVAR = =0.7 tan ( φt )= Pt
599.5 K
cos " φt # J 7.F
a puissance nécessaire pour alimenter les moteurs est de : P t 599.5∗10 = =749.4 KVA S t = cos ( φt ) 0.8 3
e transformateur de PO7 UK+ est en surcharge. )i nous compensons cette installation avec une %atterie shunt connectée sur le jeu de %arres afin d&avoir un cos " φ ! t #J 7,66 a puissance appelée devient : ∗ P t = 599.5 10 = 605.6 KVA S ! t = 3
cos
( φ! t )
0.99
e transformateur est donc soulagé et nous avons une réserve de puissance. a %atterie de condensateurs ! mettre en place est définie par : tan φ J WN$ )i cos
φ
)i cos φ
;
J 7,F
M
J 7,6M
donc tan donc
φ
J 7,R
;
tg φ M J 7,;
Donc : "tg φ ; tg φ M# J 7,R 7,; J 7,P J "W; WM#N$T J WcN$T Wc est la puissance de la %atterie de condensateurs nécessaire.
Wc J 7.P x H66.H x
3
10
J OH6.R UK+@
2ous pouvons donc ne pas surcharger le transformateur et économiser la facturation de OH6.R UK+@ d&énergie réactive. Calcul de la capacité des condensateurs à installer $ a quantité d'énergie réactive fournie par un condensateur est Wc J X./.= avec : •
J tension aux %ornes du condensateur
•
/ J capacité du condensateur
•
= J M.Y.f J pulsation du réseau d'alimentation 23
Rapport de stage de fn d’étude
)i nous avons un couplage triangle alors O condensateurs : JZ Wuantité d'énergie réactive ! apporter par condensateur : W% N O d'o[ Wc J W% N O ce qui nous donne :
/ J "$t "tan " =
φ
;
tan
φ
359.7 KVAR 3 × 380 ² × 2 # × 50
## N "O.X.=#
M
=2.64 $F
/onclusion: •
•
•
a capacité des condensateurs couplés en triangle est trois fois plus petite. a tension ! supporter par les condensateurs lors du couplage étoile est dans un rapport de racine de O. les dimensions de la %atterie de condensateurs couplés en triangle seront plus petites.
Le )ut est de $ ne pas payer de consommation d&énergie réactive et de permettre l&utilisation optimale des transformateurs, c5%les, appareils de commande satisfaire les normes en vigueur : respect d&un cos < minimum, normes qualité d&énergie. De diminuer les pertes en ligne de O7 Q ! puissance active constante ( D&augmenter la puissance transportée ou délivrée par un transformateur de M7 Q ! pertes constantes.
?tape 0 choix du tCpe de batterie en fonction des harmoniques a présence des récepteurs non linéaires "variateurs de vitesse, onduleurs...# créent des courants et des tensions harmoniques. &équipement de compensation se choisit en fonction de l&importance de la valeur de ces harmoniques. )oit l&installation n&a pas d&harmoniques et il n&y a pas de risque de résonance /hoix d&une %atterie pour réseau peu pollué )oit l&installation a des harmoniques etNou il y a un risque de résonance /hoix d&une %atterie pour réseau fortement pollué n l&a%sence d&information sur l&installation et par précaution /hoix d&une %atterie pour réseau fortement pollué 24
Rapport de stage de fn d’étude
1iltrage des harmoniques $our améliorer la qualité de l&énergie électrique, 0n propose une gamme de solutions de compensation et de filtrage. es filtres IT ou 1T qui a%sor%ent les courants harmoniques circulant dans l&installation électrique sont essentiellement composés de condensateurs associés ! des selfs de filtrage. 3ls permettent : De ramener les taux de distorsion ! des valeurs accepta%les, préconisées par les distri%uteurs d&énergie De compenser également l&énergie réactive. •
•
0n va suivre O étapes pour calculer les harmoniques tel que : 5. Identifier la pollution harmonique du réseau Déterminer la puissance apparente glo%ale des récepteurs produisant des harmoniques n&est pas aisé. /&est pourquoi le ta%leau cidessous facilite le choix du type de compensation en fonction des mesures réalisées sur site. TID "Q#
TID3 "Q#
\M
\ ;H
Type de renforcement ! utiliser type standard "S77 K#
M \ TID \ O
;H \ TID3 \ O7
type renforcé SS7 ou H77 K
ZO
\ ;H
ZO
Z O7
type renforcé SS7 K ] self antiharmonique filtre harmonique
6. 1aire un relevé de mesures Données générales de l&installation 0n détermine dans ce cas ces différents points : Diagramme unifilaire de l&installation voir
2om%re de transformateurs : )n "$uissance du transformateur# UK+ : n "Tension nominale# K : cc "Tension de court circuit# Q :
; ) nJ PO7UK+ n J O6Fv ccJS.Pv ";.;HQ#
t d&après le schéma suivant : 25
/ommentaires vérifier les résonances self accordée ! M;7 IE self accordée ! M;7 IE étude détaillée de l&installation
Rapport de stage de fn d’étude
?igE schéma de calculer la puissance des récepteurs produisant des harmoniques
0n peut donc remplir ces deux ta%leaux : Ta%leau général "point +# 1esure des puissances actives et réactives
1esure des harmoniques @ang harmonique TID TID3 3n"+#
; O H R ;; 577 56.9 98 :.68 5.98 8 8 577 ;9.< 6:.9 5<.; ;.=8 8 8 8 8 >59@ ;6< @ 66: @ 59> @ ;;,5<@
xiste til une %atterie de condensateurs +vec %atterie connectée TID3 Q R.PPQ TIDK Q OM.HQ W "%atteries# $ "installation# /harges "point #
)ans %atterie connectée TID3 Q ;7Q TIDK Q SP.FMQ H7 >Kar H66.H >?
1esures aux %ornes des charges de type convertisseurs de puissance
26
;O 7.98
TID 578
7.7> 8 >@
:=.?68 :=.?68
Rapport de stage de fn d’étude
1
@ang harmonique TIDK TID3 3n"+#
; 577 8 577 8 96@
O 56.9 8 ;9.< 8 5?.= @
; 577 8 577 8 :6@
O 56.9 8 ;9.< 8 59@
H 98
R :.58
6=.> 8 5:@
5<.; 8 >@
H 98
R :.68
;; 5.9 8 ;.< 8 5.>@
;O 7.98
TID 5:.58
7.>= 8 7.9@
:?.58 :?.58
esures aux %ornes des charges
génératrices d&harmoniques
@ang harmonique TIDK TID3 3n"+#
6<.5 5<.; 8 8 55.:@ <.6>@
;; 5.98
;O 7.9 8 ;.=8 7.> 8 5.96 7.:@ @
TID 5:.68 :?.68 :?.68 ;. le lieu
%éfinir d’installation de l’équipement $our choisir le point de raccordement le mieux adapté d&un filtre dans une installation, il faut tenir compte : Du type de pertur%ation présent sur l&installation, ce qui définit le type de filtre ! installer. La configuration de l’installation $
xistence de %atteries de condensateurs +%sence des grandes charges pertur%atrices $uissance et localisation des lignes d&éclairage ou d&ordinateur : juste dans le %ureautique mais son alimentation est séparé a ce qu&on a étudié
Axistence d’autres charges $ fours à inductions, postes à souder0 Tpe
caractéristique
8oste à souder
&9/07v D (m900' D (eE 9/' D 27F37Gz D +9/.32#H' D (/922' D &7913F16v &9//7F057v D (m940F1/' D (eE 911F/2' D +94.2#H' D 27Gz D ( /9/27' D &793/v D &/907v &9057v D (m9/5' D (eE 9/' D 27Gz D (/9/27'D +92./2 #H' D & 79/6.0v D &/9/v
8oste à souder 8oste à souder %onc$ n
%& =∑ %n =5.25 K + 12.65 K + 7.5 K + 4.70 K =30.1 KVA 1
27
Rapport de stage de fn d’étude
3l existe O points possi%les dans une installation pour raccorder un équipement de filtrage afin d&éliminer les pertur%ations : @u ta)leau général )as tension +'GB'@u ta)leau secondaire
1ais nous ici on va utiliser le troisième type car /&est la meilleure solution pour éliminer directement la pertur%ation ! son point de production, évitant ainsi sa propagation ! l&ensem%le des lignes de l&installation électrique. @ux )ornes de la charge génératrices d’harmoniques :. le facteur d’amplification 1a des courants harmoniques Fa=
√ S cc×Qc P
Donc : Fa
=
√ S cc×Qc Pt
=
√ 4.2 KVA × 359.7 KVAR 599.5 K
=
0.1
)cc : puissance de courtcircuit du transformateur Wc : puissance réactive de la %atterie de condensateurs $ : puissance active des charges non génératrices d&harmoniques &augmentation des charges non polluantes permet d&atténuer le facteur d&lification des courants harmoniques.
?tape 1 choix du tCpe de compensation Compensation général e choix se fait en prenant en compte Wc ">Kar# la puissance réactive calculée et )n "UK+# la puissance apparente du transformateur amont. cDn E 59 8 les %atteries de condensateurs sont d&une puissance réactive constante avec une mise en service ou hors service d&une valeur fixe de >Kar. /&est un fonctionnement de type ^tout ou rien_. Compensation fixe cDn F 59 8 le client impose une mise en service ou hors service de la %atterie de manière automatique "commande pilotée par relais varmétrique Kirologique#. 28
Rapport de stage de fn d’étude
es %atteries de condensateurs sont d&une puissance réactive fractionnée en ^gradins_ avec possi%ilité de mise en service ou hors service de plus ou moins de gradins. a puissance réactive s&adapte ! l&évolution des %esoins de la charge. Compensation automatique /omme il indique le schéma suivant :
?igC schéma de choix du t;pe de compensation
+vec : Dn $ $uissance apparente de transformateur. c$ $uissance réactive de l&équipement de compensation Gh $ $uissance apparente des récepteurs produisant des harmoniques. Type )tandard : tension S77 K Type I : tension renforcée SS7 K ou H77 K Type )+I : tension renforcée plus une self antiharmonique Type `I : filtre harmonique. e choix ! partir des rapports WcN)n et ChN)n : 0n a: • • •
J OF7 K )n J PO7 UK+ Wc J OH6.R UK+@ 29
Rapport de stage de fn d’étude
• •
$T J H66.H >? Ch J O7.; UK+ Qc S
Donc :
=
359.7 KVAR 630 KVA
=
0.6 =60
D&o[ le type de compensation est :
Compensation automatique %& 30.1 KVA = = 4.77 630 KVA S
t on a aussi :
D&o[ le type d&équipement de compensation est :
Aquipement t!pe Dtandard
Compensation moteur )&il n&y a pas de risque d&autoexcitation a %atterie sera connectée en parallèle avec le moteur )&il y a risque d&autoexcitation mais impossi%ilité de se connecter ailleurs qu&aux %ornes du moteur. a %atterie sera alors connectée sur le jeu de %arres indépendamment du moteur. /e dernier cas qu&on a dans notre installation.
?tape 2 tableau de choix e choix préconisé se fait en fonction de la tension d&isolement du réseau, du niveau de pollution harmonique du réseau et du type de compensation. )i la puissance de la %atterie ! installer est inférieure ! P77 >Kar 0n préconise de choisir une solution %asse tension "et a notre cas# )i la puissance de la %atterie ! installer est supérieure ou égale ! P77 >Kar. Koir ta%leau cidessous.
iveau d’isolement "éseau peu pollué
"éseau fortement pollué
`ixe +uto `ixe +uto
<,6 / /$M;S /$MMR /$MHO /$M;S )+I /$MHO )+I
56 / /$M;S /$MMR /$MHO /$M;S )+I /$MHO )+I
b $ossi%ilité d&un /$MMR )+I et /$MHS )+I sur affaire.
30
5<,9 / /$MMR
6: / /$MMR
;= / /$MMR
/$MHS b
/$MHS b
/$MHS b
b
b
b
Rapport de stage de fn d’étude
@ésumé de l’étude 2ous compensons cette installation avec une %atterie shunt connectée sur le jeu de %arres l&installation ! des harmoniques etNou il y a un risque de résonance tel que le choix d&une %atterie pour réseau fortement pollué, t pour raccorder un équipement de filtrage d&une installation on va l&installer aux %ornes de la charge génératrices d&harmoniques car c&est la meilleure solution pour éliminer directement la pertur%ation ! son point de production, évitant ainsi sa propagation ! l&ensem%le des lignes de l&installation électrique. +ussi d&après le calcul on va utiliser une compensation automatique avec équipement type standard. t or qu&il n&y a pas de risque d&autoexcitation la %atterie sera connectée en parallèle avec le moteur, D&autre part la puissance de la %atterie ! installer est inférieure ! P77 >Kar donc 0n préconise de choisir une solution %asse tension.
:GO(I )?+ '88'@?(>+ )? :O&8&@? a commande des %atteries de condensateurs nécessite l&emploi d&appareils de coupure avec choix de c5%les dont le courant nominal est déclassé afin d&éviter les échauffements dus aux harmoniques. Cénéralement, le déclassement est de l&ordre de O7 Q t pour le choix des c5%les on a choisi le Coulottes comme mode de pose avec une température maximum de S78 avec S conducteurs chargés voir
31
Rapport de stage de fn d’étude
eme .A&/'$ 0 D’autres travaux
efectués
2esure de l’intensité a)sor)ée $ mesure de l’intensité sur chaque ligne d’alimentation à l’aide d’une pince ampérométrique. 2esure de la tension a)sor)ée de l’alimentation par un voltmètre. 2esure de fréquence de rotation avec un tach!mètre. Continuité des enroulements$ mesure la résistance de chaque enroulement. Isolement des enroulements $ mesure la valeur d’isolement entre les enroulements des moteurs. Isolement entre enroulement et terre $ mesure la résistance d’isolement entre enroulement et la masse à l’aide de mégohmmètre. etto!age et corrective de coffret des moteurs d’usine #réventive etou changement des appareilles de protections des moteurs +comme contacteur de moteur de c!lindre C6<: et de moteur <: avec ces relais 0."éinstallation des moteurs Duspendus avec des nouveaux moteurs +comme 57? par exemple 0.#articipation dans l’installation des nouveaux matériels pour l’utilisation des automates programma)les Installation et réparation d’un s!stème à froid +climatiseur-
4onclusion 32